衡水学院分院

基于电力线载波通信的油田电信设备监控系统

孙凤喜

衡水学院分院

新型油田电力线载波通信系统可划分7个层，将各个层的监控信息在传输时进行有效划分，且采用单边带信号调制技术及全双工传输方式，使得电力线载波通信系统内的接收设备与终端设备同时工作，能将电力线载波通信传输后的数据信号进行原始复原。硬件结构设计依靠扩频原理通信技术，该技术在扩频方式上基于传输信号单边带调制的方式，将传输的数据波形的幅值和载波频率进行相应调整。当前油田企业运用电力线载波通信系统，可确保监控通信线路传输数据信息的有效性，实现重要数据的安全传输。

电力线；载波通信；电信设备；监控系统

传统油田电力线载波通信系统在传输监控信息时存在信息失真的现象严重，在划分OSI参考数据模型时，系统没有按照传输码子帧结构的形式进行划分，造成电力线载波通信传输信道的堵塞状况时常发生。而新型油田电力线载波通信系统可划分7个层，将各个层的监控信息在传输时进行有效划分，且采用单边带信号调制技术及全双工传输方式，使得电力线载波通信系统内的接收设备与终端设备同时工作，能将电力线载波通信传输后的数据信号进行原始复原。通过实验证明，这项技术能够保证传输数据信息的有效性。

1 通信数据层的划分

油田电力载波通信数据层按照OSI参考模型进行划分，将传输的数据层分为了7个层面，依次为物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层及应用层，如图1所示，其中物理层、数据链路层发挥主要作用。

由于油田电力载波通信系统中传输数据流量信息较大，所以在分解数据模块上采用数据信息时隙提取的方式。该系统在传输数据信息时，流量信息的码子片段内具有一定时隙间隔，每个码子信息的时间间隔为0.012 5 s。因此在提取时钟信息时，根据时间间隙大小进行提取。假设系统在传输监控设备内传输的数据信息容量超过1 000M，那么将按照信息流的间隔时隙进行统一提取，即每间隔0.012 5 s将接收设备内传输的报头信息转换成字节信息。根据这种方式提取，也可提取其他信道内传输的监控数据信息，并进行字节信息的处理。

物理层的数据传输方式可分为单工、半双工及全双工三种传输类型，在这些传输模式中，数据能够在传输链路上准确无误地到达终端设备，完成数据终端设备之间配备接口的连接。传输数据信息线路包括有线数据传输和无线数据传输，有线传输在物理层中分为双绞线线路传输、同轴电缆数据传输、架空明线数据传输几种类型，其中双绞线线路传输应用最广泛。

图1 OSI参考数据模型流程

数据链路层负责将传输的数据进行封装、打包，并对数据信息进行抽样、量化、编码。封装过程是对传输数据分解的过程，通过最小单位数据帧的形式向前传输。量化环节是模拟数据信号向数字信号转变的过程，由于模拟数据信号为连续有限的波形，因此在量化过程中，带通滤波器将对波形进行卷积码的缩减，转化为断续无限的数据信号。编码过程是对传输的数字信号进行序列编码，通常编码分为二进制编码、十六进制编码，完成0和1电平之间的跳变过程。

2 通信线路传输模式

油田电力载波通信线路主要是以光纤作为原材料，其中光纤主要由纤芯、包层、涂覆层组成，成分是二氧化硅。

1.31 μm的波长光纤色散的程度为零，一般用于单模光纤，传输距离较长。1.55μm的波长光纤折射率最小，一般用于多模光纤当中，传输距离较短。光纤和其他半导体材料相比，具有更高的折射率，当光源从内部传送时，可以无损耗的从用户输出端传出。另外，光纤还是一个感应器件，在光纤中注入一束光线，在传感器显示屏上即可显示出光线波长、相位、色散值。当受到外界温度、亮度、电磁波等一系列的干扰时，传感器上光线的波长、相位、传播速度就会发生相应的变化；若是受到外界强烈的干扰时，就会出现反射峰或断点，此时光纤承受能力已经明显超出感受器所接收的范围，即发生预警信号。

3 软、硬件的设计

原油田电力载波监控系统的信道容量固定，1路信道的传输带宽为20MHz，当传输较大的监控数据信息时，便会造成通信线路的堵塞，增大了通信线路传输时延。新型油田电力载波通信的硬件设计结构依靠扩频原理通信技术，该技术在扩频方式上基于传输信号单边带调制的方式，将传输的数据波形幅值和载波频率进行相应调整。

通信系统在软件技术上简化了Host的设计流程。原有电力载波通信系统兼容性能差，端口采用的是24帧，数据信息在交接过程中需要数据端口与端口之间的转化，通用Host的数据端口在传输数据方面无法读取信息。而目前的通信设备为Host通用端口，使电力载波通信监控系统能够快速读取数据信息。该通用端口在编码方式上采用的是顺序写入、控制读出的方式，将接收端传输的数据监控信息传输至话音编码器内，然后转化至相应的数据信道，将最终传输的数据信息在终端系统内进行读取，确保监控数据信息传输的稳定性。在输出过程中，需要经过耦合变压器将传输数据信息进行有限次的放大，主要是因为传输的数据信息在整合过程中，简化了编码流程，缩短了传输信号的码长。在经过耦合变压器时，将传输数据信号进行有效的放大，恢复原始数据信号。

当前油田企业运用电力线载波通信系统，可确保通信线路传输数据信息的有效性，实现重要数据的安全传输。

（栏目主持 关梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.9.042

基金论文：2014年度四川省科研项目“基于Vol terra的自适应数字预失真数学模型研究与改进”（14ZB0436）。