水下生產(chǎn)系統(tǒng)遠距離BPSK電力線載波通信分析

2020-05-15 04:57張海磊

化工設計通訊 2020年3期

張海磊

（中海油能源發(fā)展股份有限公司采油服務分公司，天津 300452）

1 電力載波通訊系統(tǒng)的應用需求

電力線載波不需要額外增加通訊電纜，能顯著降低造價，而光纖通訊成本高，30km 以內(nèi)的距離上不具有成本優(yōu)勢。BPSK 是電力線載波通訊方式之一，國外在深水油氣開發(fā)領域已得到廣泛應用，國內(nèi)在礦井井下通訊、中高壓遠距離輸電通訊系統(tǒng)、低壓電網(wǎng)自動抄表系統(tǒng)、地鐵、高速公路等領域也有廣泛的應用。隨著國內(nèi)深水油氣開發(fā)的興起也開始應用于海油工程領域，深入掌握其分析設計方法對水下控制系統(tǒng)的工程設計有著重要意義。

2 BPSK通訊原理概述

BPSK（BinarypHase Shift Keying）二進制相移鍵控技術是一種調(diào)制解調(diào)技術，是在調(diào)制端將數(shù)字信號調(diào)制到高頻載波信號的一種通訊方式，廣泛應用于礦井井下通訊、中高壓遠距離輸電通訊系統(tǒng)、低壓電網(wǎng)自動抄表系統(tǒng)、地鐵、高速公路等領域通訊中。其特點是調(diào)制原理和調(diào)制解調(diào)器的結構簡單，可用的載波頻率范圍寬，低頻頻段的通訊距離遠，特別適用于低速率需求下的工業(yè)通訊應用。

BPSK 的調(diào)制解調(diào)原理示意如下。（1）輸入端的調(diào)制如下：

其中y（t）=x（t）cos（ωt+θ），x（t）為輸入信號，ω為載波角頻率，θ為載波的初相角。

（2）輸出端的調(diào)制如下：

a）如果是同步解調(diào)，則w（t）=y（t）cos（ωt+θ）=x（t）cos2（ωt+θ）=x（t）/2+x（t）cos（2ωt+2θ）/2，再采用低通濾波器過濾掉w（t）的2（ωt+θ）高頻信號，即可的到輸入信號x（t）的解析式。

b）如果解調(diào)器與調(diào)制器存在相位差時，用θ1表示調(diào)制器載波的相位，θ2表示解調(diào)器載波的相位，則調(diào)制和解調(diào)的表達式變?yōu)椋?/p>

這樣，如果θ1=θ2，則使用低通濾波器過濾掉w（t）的2ωt+θ1+θ2高頻信號后，可直接得到x（t）的解析式，這就要求調(diào)制器和解調(diào)器中的振蕩器應嚴格地保持相位同步。若解調(diào)器不能與調(diào)制器端同步，則可能導致相位0和п 發(fā)生顛倒，從而錯誤輸出的0和1的值。而且信道會因外界干擾存在不穩(wěn)定性，造成同樣的相位顛倒發(fā)生錯誤。