Программные приложения для передачи данных

Программные приложения для передачи данных

Иллюстрации

Показать все

Реферат

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0001] Для измерения и/или каротажа различных характеристик буровой скважины и/или породных формаций, окружающих скважину, операторы буровых установок часто применяют средства для проведения измерений во время бурения (MWD) и каротажа во время бурения (LWD), а также вспомогательные устройства для проведения буровых работ. Совместно с MWD/LWD средствами для передачи данных на поверхность в процессе бурения в реальном времени применяют широкий спектр датчиков для выборки и агрегирования цифровых величин. Схема передачи и передающая среда канала могут быть различными. Например, они могут включать телеметрию по гидроимпульсному каналу связи (MPT) с помощью воды и бурового раствора, электромагнитную телеметрию (ЕМТ) через породные формации и акустическую телеметрию (AT) через бурильную колонну. Для повышения надежности передачи данных через соответствующую среду в каждой из схем, как правило, применяют различные формы модуляции (например, фазоимпульсную модуляцию (РРМ), мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов (OFDM) и широкополосную модуляцию с прямым расширением спектра (DSSS)).

[0002] Поскольку отношение сигнал/шум (SNR) для данного канала связи часто зависит от характеристик формации и глубины бурения скважины, могут часто меняться наиболее применимые параметры схемы модуляции (например, количество битов на поднесущую, скорость кода и др.). Когда это происходит, скважинный передатчик принимает новую конфигурационную информацию от оборудования на поверхности для изменения режима работы оборудования. Поскольку канал связи в формации имеет очень низкую пропускную способность, желательно минимизировать количество отправляемой передатчику информации о конфигурации.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

[0003] На Фиг. 1 проиллюстрированы примеры скремблерных преобразований в передатчике и приемнике в соответствии с разными вариантами реализации изобретения.

[0004] На Фиг. 2 проиллюстрирован формат битовой последовательности, в которой объединены пакеты фиксированной длины со значениями SEED и POLY в соответствии с разными вариантами реализации изобретения.

[0005] На Фиг. 3-4 проиллюстрированы блок-схемы передатчиков и приемников в соответствии с разными вариантами реализации изобретения.

[0006] На Фиг. 5 представлена блок-схема устройства и системы в соответствии с разными вариантами реализации изобретения.

[0007] На Фиг. 6 представлена блок-схема, поясняющая некоторые способы в соответствии с разными вариантами реализации изобретения.

[0008] На Фиг. 7 проиллюстрирован вариант реализации системы с каротажным кабелем.

[0009] На Фиг. 8 проиллюстрирован вариант реализации системы буровой установки.

[0010] На Фиг. 9 представлена блок-схема изделия в соответствии с разными вариантами реализации изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

[0011] Как было описано выше, для измерения и/или каротажа различных характеристик буровой скважины и/или породных формаций, окружающих скважину, операторы буровых установок часто применяют средства для измерения во время бурения (MWD) и каротажа во время бурения (LWD), а также вспомогательные устройства для проведения буровых работ. Совместно с MWD/LWD средствами для передачи данных на поверхность в процессе бурения в реальном времени применяют широкий спектр датчиков для выборки и объединения цифровых величин. Схема передачи и передающая среда канала могут быть различными. Одним из применяемых способов является электромагнитная телеметрия (EMT) через породные формации. Для повышения надежности передачи данных через эту среду могут применять различные формы модуляции.

[0012] Таким образом, для кодирования данных в сигнал могут применять различные способы модуляции, некоторые с применением нескольких поднесущих, при этом формацию, как правило, используют в качестве канала связи. OFDM является одной из схем модуляции, благодаря которой достигают высокой надежности и высокой скорости передачи данных. В случае применения OFDM, перед передачей на поверхность каждая поднесущая может загружаться с различной комбинацией битов.

[0013] Таким образом, для передачи данных при OFDM применяют несколько поднесущих, которые могут скремблировать перед процессом модуляции. Данные, такие как фаза и амплитуда, кодируют на каждой поднесущей, и передают с помощью символов. Новая фаза и амплитуда для каждого символа передается на каждой поднесущей. Как правило, количество бит, которые могут передаваться на каждой поднесущей, зависит от отношения сигнал/шум для данной поднесущей. При применении OFDM модема целесообразно выбрать конфигурацию каждого канала, включая скорость кода, при которой обеспечивается максимальная скорость передачи данных, причем вероятность ошибки сохраняется ниже фиксированного значения. Также могут изменять мощность, выделенную для каждой поднесущей.

[0014] Во избежание чрезмерной задержки передачи, любой процесс, применяемый для выбора наиболее подходящей конфигурации, должен быть эффективным. Кроме того, с целью максимального применения доступной полосы пропускания информация о конфигурации должна быть компактной, насколько это возможно. Устройства, системы и способы, описанные в данной заявке, приводятся с целью устранения данных недостатков, а также для определения конфигурации комбинации и скорости кода, при которой обеспечивают максимальную суммарную скорость передачи данных в пределах фиксированного общего бюджета мощности, при этом максимально уменьшается число битов, применяемых для передачи информации о конфигурации (в данной заявке именуется как “описание конфигурации”). Этот последний фактор является весьма полезным применительно к OFDM передачам данных, которые реализуют между точками, соединенными посредством, по сути, “медленного” канала передачи данных, например, нижней частью бурильной колонны (ВНА) и поверхностью, которые соединены посредством геологической формации, используемой в качестве канала передачи данных.

[0015] Некоторые особенности алгоритма поиска включают рассмотрение трех параметров: какие поднесущие следует применять, какие сигнальные созвездия следует применять на каждой поднесущей и какую скорость кода следует применять. С помощью алгоритма размер описания конфигурации уменьшают таким образом, чтобы влияние на общую скорость передачи данных было минимальным. Применительно к данной заявке “описание конфигурации” означает набор битов, определяющий по меньшей мере: число поднесущих, число бит на поднесущую и скорость кода.

[0016] В некоторых вариантах реализации изобретения описан способ оптимизации сервиса ЕМТ с помощью OFDM сигнализации в условиях пласта с помощью ограничения объема данных обратной связи. В частности, с помощью данного способа можно выбрать и настроить кодовую схему OFDM модуляции (MSC). Выбор конфигурации является полезным, поскольку позволяет более эффективно применять имеющуюся мощность и пропускную способность (обусловленную каналом связи, например, породными формациями) с целью максимального увеличения информационной скорости передачи данных, с учетом требований ограничения количества ошибок и мощности. Другими словами, применение передатчика, в котором к скорости передачи данных предъявляются высокие требования, приведет к увеличению количества ошибок на приемном конце канала передачи данных. С другой стороны, при применении передатчика, в котором к скорости передачи данных не предъявляются высокие требования, обнаруживают слишком высокую потребляемую мощность и/или не эффективное применение доступной полосы пропускания, что приводит к передаче информации с меньшей, чем это возможно, скоростью передачи данных.

[0017] В случае применения OFDM в системах ЕМТ требуется определить следующее: распределение/доступность поднесущих, распределение мощности, распределение битов, скорости кода при кодировании с коррекцией ошибок (ECC)/скорости кода при кодировании с прямой коррекцией ошибок (FEC) (т.е. отношение информационной скорости к общей скорости передачи данных, включая информационные биты и биты четности) и, при наличии, размещение ошибок. В механизме, описанном в данной заявке, применяют измерение отношения сигнал/шум (SNR) на входе приемника с целью определения конфигурации для оптимального применения спектра и мощности либо на поверхности, либо в условиях пласта, при условии, что характеристики мощности передатчика известны заранее. Из-за того, что мощность шумов и отклик канала передачи данных могут быть неоднородными для всех поднесущих OFDM системы, важно знать, какие применяют несущие и сколько битов используют для каждой несущей. Для эффективного применения избыточности корректирующего кода при коррекции информационной скорости передачи данных эти элементы должны определяться системой при выборе кода ECC/FEC.

[0018] Эффективным способом увеличения эффективной пропускной способности канала связи между скважинным передатчиком и приемником на поверхности в системе связи ЕМТ является применение кодирования с коррекцией ошибок (например, сверточного кодирования). Это может помочь увеличить эффективную скорость передачи данных как по восходящему, так и по нисходящему каналу связи.

[0019] Также важным фактором являются затраты на бурение. Поскольку характеристики канала связи для различных формаций различаются, в данной технологии следует предусмотреть быструю перенастройку в случае изменения условий бурения. Для достижения этой цели в большинстве реализаций изобретения предусмотрено ограничение общего числа битов, используемых в описании конфигурации. Заголовок с минимальным числом бит имеет еще большее значение в случаях, если пропускная способность канала связи существенно ограничена, особенно в случае применения OFDM или другой мультипотоковой сигнализации. В следующих разделах описывают некоторые варианты реализации механизма ограничения числа необходимых конфигураций, которые иногда являются неоптимальными, но во многих случаях очень близки к оптимальным.

[0020] В данной заявке “скремблер” означает устройство обработки сигналов, содержащее электронное оборудование, служащее для управления потоком данных перед передачей в канал связи. На приемном конце канала связи с помощью “десклембрера” выполняют обратные преобразования. Скремблеры могут быть аддитивными и мультипликативными.

[0021] Скремблирование широко применяют в системах спутниковой, радиорелейной связи, а также в модемах телефонных сетей общего пользования (PSTN). В некоторых вариантах реализации изобретения скремблер размещают непосредственно перед FEC-кодером (кодером прямой коррекции ошибок) или могут размещать после FEC-кодера, непосредственно перед модулятором или линейным кодером. Скремблер в данном контексте не имеет ничего общего с шифрованием, поскольку его назначением является не сделать сообщение неразборчивым, а придать передаваемому сигналу полезные свойства. Например, с целью снижения вероятности возникновения нежелательных последовательностей в скремблере может выполняться преобразование цифровых последовательностей в другие последовательности без удаления нежелательных последовательностей.

[0021] Таким образом, некоторые варианты реализации изобретения могут содержать систему для передачи данных через породную формацию, которая содержит передатчик, выполненный с возможностью модуляции тока с помощью преобразованных цифровых данных и передачи модулированного тока через горную породу. Модулированный ток может состоять из наложения множества сигналов волнообразной формы. Система может дополнительно содержать приемник, выполненный с возможностью демодуляции тока, выбора преобразования из множества преобразований, а также применения выбранного преобразования для обработки демодулированной информации, обеспечения с помощью кода обнаружения ошибок цифровых данных, образующих часть по меньшей мере одного пакета.

ПЕРЕДАЧА И ПРИЕМ ДАННЫХ

[0023] На Фиг. 1 проиллюстрированы примеры скремблерных преобразований 100, 102, 104, 106 в передатчике и приемнике в соответствии с разными вариантами реализации изобретения. При этом, в одном из вариантов реализации изобретения в передатчике применяют преобразование, выбранное из множества преобразований 100, 104, при этом передатчик содержит регистр сдвига с линейной обратной связью (LFSR), выполненный по методу полиномиального дескриптора. Каждый регистр может принимать начальное состояние значения/показателя для элементов памяти в LFSR. Количество элементов памяти может указывать на максимально возможное количество элементов множества преобразований. Таким образом, передатчик может содержать по меньшей мере один скремблер 108, выполняющий одно или более преобразований 100, 104, возможно, выполненный в виде LSFR, для преобразования, например, скремблирования, цифровых значений в зависимости от полиномиального показателя и начального значения, возможно, с применением арифметики поля Галуа (GF), например, арифметики по модулю 2. Преобразования 100, 102, 104, 106 также могут быть реализованы с помощью аппаратных средств или аппаратных средств, выполняющих команды программного/микропрограммного обеспечения, обеспечивающих одинаковое преобразование сферических кодов, и других матричных преобразований.

[0024] На Фиг. 2 проиллюстрирован формат битовой последовательности 400, в которой пакеты фиксированной длины 401, 402, 403 объединяются со значениями SEED и POLY 409, 410 в соответствии с разными вариантами реализации изобретения. Каждый пакет 401, 402, 403 содержит информацию в виде данных 404 (например, биты, байты или слова 406, 407, 408), информацию для проверки с помощью циклического кода 405, значение SEED 409 и значение POLY 410, которое представляет полиномиальный дескриптор для выбранного преобразования, возможно, реализованный с помощью LFSR.В некоторых вариантах реализации изобретения пакеты 401, 402, 403 не являются пакетами фиксированной длины. В некоторых вариантах реализации изобретения передача значений SEED, POLY и/или CRC является необязательной. Текущее описание конфигурации может быть отправлено с помощью одного из пакетов 401, 402, 403, возможно, как данные 404.

[0025] Таким образом, с помощью передатчиков могут выбирать различные значения начального заполнения, или SEED, для одного или более LSFR. С помощью передатчиков, реализованных подобным образом, возможно преобразование имеющегося набора исходных бит цифровых данных разными способами, применяя при этом различные значения SEED. Затем, как проиллюстрировано на фигуре, передатчик может добавить выбранное значение SEED в модулированную для передачи битовую последовательность.

[0026] Контроллер передатчика может быть выполнен с целью вычисления начального значения показателя SEED, возможно, в рамках вычисления метрики оптимизации для каждого возможного значения SEED, предоставленного LSFR, который выполнен с возможностью реализации конкретного полиномиального дескриптора POLY. Таким образом, в некоторых вариантах реализации изобретения в передатчиках могут применять заранее определенный критерий оптимизации. В других вариантах реализации изобретения значения SEED и/или POLY, относящиеся к применяемому в передатчике преобразованию, могут добавлять или могут не добавлять в форматированную битовую последовательность и/или кодированные, модулированные сигналы. Кроме того, в различных вариантах реализации приемника для декодирования переданных пакетов в приемнике могут применять или могут не применять любые значения SEED и/или POLY. Данный компромисс может привести к дополнительному усложнению приемника (требуется больше вычислений), потому что проверяются различные возможные комбинации значений SEED и/или POLY с целью определения значений, с помощью которых формируются последовательности корректно дескремблированных пакетов.

[0027] В некоторых вариантах реализации изобретения с помощью контроллера рассчитывают по меньшей мере одну метрику оптимизации, относящуюся к заданному критерию (например, при выборе допустимого порогового значения коэффициента ошибок) по меньшей мере для одного преобразования из множества преобразований. Контроллер может содержать запоминающее устройство для хранения одной или более метрик оптимизации, определяемых заданным критерием.

ПЕРЕДАТЧИКИ И ПРИЕМНИКИ

[0028] На Фиг. 3 проиллюстрирована блок-схема передатчика 610 и приемника 612в соответствии с разными вариантами реализации изобретения. Можно отметить, что передатчик может производить действия над объединенной последовательностью данных 620 (включая значения SEED и POLY, а также данные полезной нагрузки 622, которые могут содержать описание конфигурации, как отмечено ниже).

[0029] Для вычисления и добавления значения CRC к данным 620 CRC процессор 624 передатчика может производить действия над данными, поступающими на его вход (в данном случае данными 620). FEC-кодер 630 может производить действия над данными, поступающими на его вход (данными 620, дополненными соответствующим значением CRC, которые в данном случае представлены дополненными данными 626) для вычисления и добавления кода(ов) коррекции ошибок к дополненной информации 626, для предоставления дополнительных данных 628.

[0030] Выходные данные FEC-кодера 630 (т. е. дополнительные данные) шифруют с помощью скремблера 632, который может выполнять одно или более преобразований (например, преобразования 100, 104), возможно, выполненного в виде LFSR. На работу скремблера 632 могут оказывать влияние значения POLY и SEED, выбранные при помощи селектора передатчика 634, который в свою очередь выполнен с возможностью выбора постоянных или переменных значений, возможно, в зависимости от вычислений оптимизации метрики. Выбранные значения SEED и POLY могут быть добавлены к комбинированной последовательности 620, а также поданы на скремблер 632.

[0031] Выходные данные скремблера 632 модулируют с помощью модулятора 636 (например, модулятора OFDM или DSSS) перед подачей в канал связи 614 (например, формацию или бурильную колонну) в виде преобразованных данных 638.Преобразованные данные 638 могут быть усилены с помощью усилителя мощности (на выходе передатчика 610, не показан).

[0032] С помощью приемника 612 могут осуществлять прием преобразованных данных 638, которые демодулируют посредством демодулятора 656 для получения демодулированных данных. Дескремблер 652 (может быть аналогичным или идентичным скремблеру 632) может производить действия над демодулированными данными для получения дескремблированных данных. FEC декодер 650 может применять корректирующий(ие) код(ы) к дескремблированным данным для получения декодированной последовательности данных 640, которая может содержать описание конфигурации.

[0033] В демодуляторе 656 может быть реализовано жесткое или мягкое решение. В случае применения мягкого решения биты полезной информации могут оценивать с помощью блока оценки 642 и избирательно выбирать с помощью селектора 644, на вход которого подается корректное значение CRC, вычисленное с помощью CRC процессора передатчика 646.

[0034] На Фиг. 4 проиллюстрирована блок-схема передатчика 1410 и приемника 1412в соответствии с разными вариантами реализации изобретения. В данном случае был изменен проиллюстрированный на Фиг. 3 порядок компонентов передатчика 610 и приемника 612. Также были изменены расположение и структура объединенной последовательности 1474, благодаря чему изменилась структура декодированной последовательности данных 1478. Данная блок-схема позволяет обрабатывать данные (например, исходные биты 622), полученные способом, отличным от способа на блок-схеме на Фиг. 3, при этом применяют принципиально разные комбинации компонентов передатчика/приемника 1410, 1412, а также отдельный блок оценки исходных и CRC битов 962. Безусловно, для реализации различных вариантов изобретения могут применять множество других конфигураций компонентов, проиллюстрированных на Фиг. 3-4.

УСТРОЙСТВО

[0035] На Фиг. 5 представлена блок-схема устройства 2502 и систем 2500в соответствии с разными вариантами реализации изобретения. В некоторых вариантах система 2500 содержит корпус 2504. Корпус 2504 может быть выполнен в виде корпуса инструмента, опускаемого в скважину на тросе, или скважинного снаряда. Процессор(ы) 2530 системы 2500 могут располагаться на поверхности 2566 (например, наземные процессоры 2530'') как часть наземного каротажного оборудования 2556 или в системе сбора данных 2524, которая может находиться над или под поверхностью Земли 2566 (например, помещены в корпус 2504 в качестве скважинных процессоров 2530').

[0036] Система 2500 может дополнительно содержать приемопередатчик данных 2544 (например, мультипотоковый передатчик 2542, такой как OFDM передатчик и приемник) для передачи информации от датчика 2570 (например, измеренной скорости продольных волн и другой информации), полученной от датчиков S, наземному каротажному оборудованию 2556. Другой приемопередатчик 2544 может находиться на поверхности 2566, возможно, как часть наземного каротажного оборудования 2556. Каждый из приемопередатчиков 2544 может содержать один или более передатчиков и приемников, аналогичных или идентичных передатчикам и приемникам, проиллюстрированным на Фиг. 3-4.

[0037] Таким образом, устройство 2502 может содержать один или более передатчиков и/или приемников, проиллюстрированных на Фиг. 3-4. Кроме того, один или более передатчиков и/или приемников, проиллюстрированных на Фиг.3-4, может содержать скремблеры, с помощью которых реализуют одно или более преобразований, проиллюстрированных на Фиг. 1. При необходимости, могут применять битовую последовательность со структурой, аналогичной или идентичной проиллюстрированной на Фиг. 2.

[0038] Логику 2540 (например, логика сбора данных) могут применять для получения данных 2570 в виде сигналов, которые могут кодировать в соответствии с различными способами модуляции, описанными в данной заявке. Полученные данные 2570, а также другие данные могут храниться в памяти 2550, возможно, в составе базы данных 2534.В некоторых вариантах реализации изобретения базу данных 2534 также могут применять для хранения описаний конфигурации и/или таблиц, в которых выигрыш в отношении сигнал/шум (SNR) является функцией скорости передачи данных.

[0039] В некоторых вариантах реализации изобретения функции процессоров 2530 могут выполняться одним процессором или группой процессоров, находящихся в одном месте - или на поверхности 2566, или в скважине. Функции процессора(ов) 2530 могут также быть разделены, как проиллюстрировано на Фиг. 5.

[0040] Например, в некоторых вариантах реализации изобретения расположенный в скважине первый набор процессоров 2530' выполняет следующие функции: кодирование битов с помощью выбранного кода коррекции ошибок (например, с помощью модуля коррекции ошибок ECC), сопоставление битов с точками сигнального созвездия с помощью модуля планировщика MAP и преобразование комплексных точек сигнального созвездия в сигнал в режиме реального времени (например, с помощью модуля преобразования IFFT, который может содержать модуль обратного быстрого преобразования Фурье). Сигнал в режиме реального времени может передаваться ко второму набору процессоров 2530'' по первичному (восходящему) каналу связи 2512, такому как формация ниже поверхности 2566.

[0041] В данных вариантах реализации изобретения второй набор процессоров 2530'', расположенный на поверхности 2566, выполняет следующие функции: вычисление затухания сигнала и отношения сигнал/шум (SNR) для первичного канала 2512, вычисление наилучшей загрузки битовой последовательности полезной информацией, вычисление максимальной скорости кода, вычисление оптимального числа несущих и передачу наилучшей конфигурации в порядке, предусмотренном в описании конфигурации, обратно первому набору процессоров 2530' с помощью вторичного (нисходящего) канала связи 2514, например, по гидроимпульсному каналу связи.

[0042] Различная информация может храниться в памяти, например, памяти каротажной станции 2556 (не показана), или в памяти 2550. Такая информация может содержать таблицу, которая содержит значения выигрыша в отношении сигнал/шум (SNR) (см. Таблицу 1 в данной заявке), определенные эмпирически, запас помехоустойчивости (SNR), суммарную доступную мощность и т.д.

[0043] Передатчик 2542 может содержать OFDM передатчик с модулем коррекции ошибок ECC, модулем планировщика MAP и модулем преобразования IFFT. Модуль коррекции ошибок ЕСС может функционировать как кодер, в котором к информационным битам, полученным от источника данных (например, любой комбинации датчиков S), добавляются биты четности в соответствии с выбранной схемой ЕСС.

[0044] Выход модуля коррекции ошибок ЕСС соединен с модулем планировщика MAP. Модуль планировщика MAP предназначен для отбора числа битов, выделенных для каждой поднесущей, и их преобразования в комплексное число в частотной области на основании сигнального созвездия, выбранного для данной поднесущей. Модуль планировщика MAP могут также применять для увеличения или уменьшения мощности каждой поднесущей путем увеличения или уменьшения амплитуды поднесущей путем изменения коэффициента усиления. Выход модуля планировщика MAP соединен с модулем преобразования IFFT, который принимает все эти комплексные числа и преобразует их в сигнал во временной области.

[0045] В наиболее общем случае необходимое для описания конфигурации в описании конфигурации количество битов B может быть вычислено, как показано в формуле (1):

QUOTE , (1)

где N представляет собой общее число всех применяемых поднесущих, М - число доступных вариантов числа битов на поднесущую. L представляет собой число уровней мощности, допустимых для каждой поднесущей. NC представляет собой это допустимое число скоростей кода (ЕСС), причем скорость кода (ЕСС)ik=K/N, где K представляет собой среднее число информационных битов, а N - общее число информационных битов плюс общее число битов четности.

[0046] Максимально возможное значение скорости кода (ЕСС) составляет 1,0 (например, если не применяют коррекцию ошибок). В случае, если применяют коррекцию ошибок (ЕСС), значение скорости кода (ЕСС) R меньше 1,0. В одном из вариантов реализации изобретения N=32, M=6, L=8 и NC=5. Это позволяет применять описание конфигурации с B=195 бит. Описанный в данной заявке механизм предназначен для уменьшения этого значения.

[0047] Одним из способов уменьшения значения B является применение упрощающих допущений. Первое упрощение заключается в том, что передаваемая мощность остается практически постоянной. Если число битов на поднесущую изменяется так, что отношение сигнал/шум (SNR) остается близким к постоянной величине, потери передаваемой мощности будут относительно небольшими. В результате, некоторые варианты реализации изобретения имеют только один уровень мощности для каждой поднесущей, а это означает, что log2(L) в формуле (1) умножается на 1 вместо N.

[0048] Второе упрощение происходит из признания того, что повышения скорости передачи данных можно достичь путем загрузки различных несущих с различным количеством битов при условии, если применение ECC также является очень незначительным. Применение коррекции ошибок позволяет исправлять ошибки, возникающие в каналах с низким значением SNR. Это означает, что использование одинакового числа битов на поднесущую для всех несущих (т. е. log2(M+1) умножается на 1 вместо N в формуле (1)) снова приведет к незначительному снижению скорости передачи данных.

[0049] Третье упрощение происходит из рассмотрения формации в качестве канала связи, соединенного с фильтром низких частот. Это означает, что поиск поднесущих может быть ограничен максимальной частотой несущей, которая может быть применена на заданной глубине, поскольку для поднесущих, имеющих более высокую частоту, величина затухания также будет более высокой. Это также предполагает отсутствие “пропусков” в списке несущих, которые могут быть применимыми или неприменимыми в случае, если присутствуют мощные интерференционные сигналы. При этом, можно также предположить, что возникшие в связи с этим ошибки будут устранены с помощью механизма ECC.

СПОСОБЫ

[0050] На Фиг. 6 представлена блок-схема, поясняющая некоторые способы 2611 в соответствии с разными вариантами реализации изобретения. Способы 2611 могут включать способы, реализованные с помощью процессора, для выполнения на одном или более процессоров (например, процессорах 2530 на Фиг. 5), с помощью которых реализуют способы. Данные способы 2611 могут применять в качестве алгоритма поиска для определения содержимого описания конфигурации на основании измеренного SNR и могут применять к различным конфигурациям устройства 2502 и систем 2500, проиллюстрированных на Фиг. 5.

[0051] В некоторых вариантах реализации способ 2611 может начинаться с блока 2621 установкой определенных начальных значений, связанных с определенными поднесущими. Во-первых, предполагают, что доступно всего N поднесущих. Во-вторых, значение скорости кода (ЕСС) выбирают минимально возможным. А именно, сигнальное созвездие выбирают с минимально возможной скоростью кода. Например, из множества доступных скоростей кода (ЕСС), содержащего элементы {1/2, 2/3, 3/4, 5/6}, выбирают скорость ik=1/2, причем элементы множества обозначаются как отношение a/b=a информационных битов к b сумме информационных битов и битов четности. В-третьих, выбирают минимально возможное число битов на поднесущую. Например, если доступные значения битов на поднесущую являются частью множества, содержащего элементы {1,2,4,6}, выбирают элемент, который имеет наименьшее число битов на поднесущую BPC=1 (один бит на поднесущую).

[0052] В блоке 2625 отношение мощность/поднесущая выбирают как P/N, где P является суммарной мощностью, доступной для всех поднесущих. Максимальной суммарной скоростью передачи информационных бит выбирается 0.

[0053] В блоке 2629 вычисляют общий запас помехоустойчивости (SNR)T как функцию текущего сигнального созвездия и скорости кода (ЕСС). Это описывают формулой (2) следующим образом:

QUOTE (2)

где id является текущим сигнальным созвездием, а ik является текущей скоростью кода (ЕСС).

[0054] Таким образом, T является общим запасом помехоустойчивости для сигнального созвездия id (т. е. BPC) и скорости кода (ЕСС) ik, причем ir является индексом, который пробегает все применяемые несущие (например, ir ε{1:15}), причем MSE является среднеквадратической ошибкой или средней погрешностью для этой несущей по всем битам, при этом ошибка является расстоянием между полученной точкой и точкой сигнального созвездия на комплексной плоскости. dmin=½ минимального расстояния между точками на комплексной плоскости для текущего сигнального созвездия.

[0055] snr_gain является величиной, зависящей от скорости кода (ЕСС)ik и сигнального созвездия. Значение snr_gain могут определять эмпирически путем моделирования (например, методом Монте-Карло) распространения сигнала в заданном канале связи, таком как геологическая формация.

[0056] Например, в таблице I показаны значения, применяемые для конкретной реализации алгоритма затухания для определения частотной характеристики формации. В правой части таблицы слева направо и сверху вниз расположены значения скорости кода (ЕСС)ik. В левой части таблицы сверху вниз расположены значения битов на поднесущую BPC, которыми определяют размер сигнального созвездия.

Таблица I
Выигрыш в отношении сигнал/шум (SNR) (в дБ) как функция скорости передачи данных в формации
	Скорость кода (ECC)
Битов на поднесущую	1/2	2/3	3/4	5/6
1	9,0	8,8	8,1	6,0
2	7,4	7,1	6,7	5,0
4	8,5	6,7	5,4	3,8
6	9,8	7,9	6,5	4,6

[0057] Power_gain является добавочной мощностью, которую добавляют к мощности каждой несущей после удаления одной или более поднесущих (в блоке 2637).Значению Power-gain присваивают первоначальное нулевое значение, затем с каждым разом при удалении поднесущей в блоке 2637 это значение увеличивают.

[0058] SNR_THRESHOLD является константой, которая зависит от допустимого в системе связи коэффициента кадровых ошибок (FER).Эта константа зависит от размера сигнального созвездия, числа применяемых поднесущих, а также константы, известной специалистам в данной области техники как “потери на аппаратную реализацию”. В одном из вариантов реализации изобретения применяют значение SNR_THRESHOLD величиной 20 дБ. Как известно специалистам в данной области техники, для вычисления значения SNR_THRESHOLD для желаемого FER могут применять качественную функцию Q с предполагаемым Гауссовым распределением шума.

[0059] Общий запас помехоустойчивости T должен превышать нулевое значение, Если это не так, как определено в блоке 2633, для подбора количества несущих, применяемых для передачи информации, в блоке 2637 удаляют последнюю поднесущую. Это означает, что для сохранения значения суммарной мощности постоянным мощность на поднесущую может быть увеличена на множитель N/N-1. Увеличение мощности означает увеличение SNR на тот же множитель (предполагают, что шум не зависит от сигнала). В блоке 2641 прирост мощности 10*log₁₀(N/N-1) суммируют с запасом помехоустойчивости (SNR) каждой поднесущей, затем в блоке 2629 пересчитывают общий запас помехоустойчивости Т.

[0060] Как только в блоке 2633 суммарное граничное значение Т окажется выше нуля, в блоке 2645 вычисляют новую скорость передачи данных BR с помощью формулы (3), как указано ниже:

BR=BPC*ik* N/t (3)

где BPC является числом бит на поднесущую, ik является скоростью кода (ЕСС), N является числом поднесущих, а t является временем, которое требуется для передачи каждого символа (например, символа OFDM).

[0061] Новую скорость передачи данных BR вычисляют и сопоставляют с максимальной скоростью до тех пор, пока она не достигнет максимального значения в блоке 2649. Если новая вычисленная скорость выше текущей скорости, то, как показано в блоке 2649, текущую скорость обновляют до новой вычисленной скорости, и описание конфигурации изменяют с целью отображения новой конфигурации в блоке 2653. Если новая вычисленная скорость передачи данных BR не превышает текущую максимальную скорость, тогда текущая скорость сохраняется, и описание конфигурации не будет изменяться.

[0062] В блоке 2657 текущую скорость кода (ЕСС)ik сопоставляют с максимально возможной скоростью кода (ЕСС).Если текущая скорость кода (ЕСС)ik не является максимальной текущей скоростью кода (например, 5/6 в таблице I), тогда скорость кода (ЕСС)ik в блоке 2663 увеличивают до значения следующей более высокой скорости в таблице, причем число несущих N сбрасывают к максимально возможному значению, и процесс вычисления общего запаса помехоустойчивости Т, скорости передачи данных и скорости кода (ЕСС)ik начинается снова с блока 2625.

[0063] С другой стороны, если текущая скорость кода (ЕСС)ik равна максимально возможной скорости, тогда скорость кода (ЕСС)ik сбрасывают к минимально возможному значению (например, 1/2 в таблице I) в блоке 2667, и число битов на поднесущую сопоставляют с максимально возможным значением в блоке 2671.

[0064] Таким образом, в блоке 2671 количество бит на поднесущую сопоставляют с максимально возможным значением (например, “6” в таблице I). Если максимальное число битов на поднесущую не выбрано, то число битов на поднесущую увеличивают до следующего более высокого значения, и процесс вычисления начинается снова с блока 2625.

[0065] Напротив, если число битов на поднесущую равно максимально возможному значению, как определено в блоке 2671, тогда способ 2611 завершается, потому что была найдена наилучшая конфигурация.

[0066] Описание конфигурации содержит по меньшей мере три константы: наилучшее сигнальное созвездие, мак