在钻孔通信内使用lte-a发射机和载波聚合的制作方法_2

文档序号:9673250阅读:来源:国知局
br>[0040]图6是用于不同波型和用于不同深度的图4的信道的频率响应,其中,图6(a)示出了用于不同长度的钻柱的纵向声波的信道的频率响应,并且图6(b)示出了用于不同长度的钻柱的横向声波的信道的频率响应;
[0041 ] 图7是用于标准LTE (94位/秒)的SNR估计的频谱分布的一个示例;
[0042]图8是具有与图7相同的信道的具有载波聚合2 (2,143位/秒)的LTE的SNR估计的频谱分布;以及
[0043]图9是根据用于不同程度的载波聚合的钻柱的总长度的分别测量的信道特性的模拟数据速率。
【具体实施方式】
[0044]在优选实施方式的以下描述中,相同或均等元件具有相同的参考数字。
[0045]图1示出了根据本发明的教导的用于数据传输的系统的示意图。在图1中显示的系统包括发射机100,其根据本发明的方法操作或者根据本发明的设备实现。进一步,系统包括接收机102以及信道104,信号(例如,数据信号108)通过该信道从发射机100中传输给接收机102。根据实施方式,反向信道106可以与信道104各自提供,以基于在接收机102上接收的信号将信道特性的估计返回给发射机100,用于控制传输。在其他实施方式中,并非各自的反向通道,而是信道104还可以用作反向信道。
[0046]发射机100接收要(例如)从传感器中传输的数据,如箭头108示意性所示。发射机100包括控制器110和多个传输单元112jlj 112 n在图1中显示的实施方式中,传输单元112$」112 ?包括根据LTE通信标准工作的发射机,例如,实现至少LTE PHY层和LTE链路层的发射机(在下文中也称为LTE发射机)。根据LTE通信标准,根据OFDM方法通过LTE发射机进行数据传输,其中,实现LTE发射机,用于由LTE通信标准限定的频率范围。连接发射机100和接收机102的信道104可以具有不同的实现方式,例如,信道104可以包括无线电信道114、有线信道116或声学信道118。例如,信道104提供大约1kHz的带宽BWK,在深井钻探技术的领域中用于数据传输,其中,在这种情况下,信道是由钻杆提供的声学信道18。图1在信道104之下显示了由根据一个实施方式的信道提供的O到9kHz的频率范围。
[0047]根据实施方式,适用LTE发射机,以使其带宽对应于信道104的信道带宽BWK。根据实施方式,这通过减小时钟频率并且移动载波频率来执行,据此,可以生成具有(例如UOkHz的带宽的OFDM信号。根据本发明,在由信道提供的带宽BWkR,提供几个合适的LTE发射机112jlj 112 n,用于并行数据传输。在图1中显示的实施方式中,提供合适的LTE传输单元,用于在图1中显示的O到9kHz的频率范围内的频率匕和f 2,所述频率在接收机102的方向通过信道104根据LTE传输方法传输接收的数据108。在此处,应注意的是,如上所述,合适的LTE传输单元适用于信道带宽BWk,在所显示的情况下,适用于9kHz,但是用于使用带宽BWk进行并行数据传输的这两个LTE单元使用不同的载波频率fjP f3进行工作。然后,将数据信号分布给合适的发射机,这些发射机在传输带宽内使用不同的子载波频率&和f 3实现并行数据传输。在其他实施方式中,LTE发射机可以适用于传输带宽BW卩的子区域。根据实施方式,根据用于数据传输的通信标准工作的发射机使用首先高于传输带宽的带宽工作。通过使所有发射机的采样率适用于期望的传输带宽,来使发射机适用,据此,循环前缀的长度适用于期望的信道。
[0048]例如,通过评估到达接收机102的信号,可以通过反向信道106确定,其中,在该频率范围内,信道104包括允许可靠的数据传输的信道特性。可以将这个信息返回给发射机100的控制器110,然后,该控制器能够基于关于在不同频率范围内的信道特性的所接收的信息做出选择,即,关于在期望的传输带宽内的哪些子载波频率是要分布用于并行数据传输的数据信号的选择。
[0049]进一步,在实施方式中,基于为数据传输提供的信道的检测的信道特性,并行操作的发射机的数量及其各自带宽可以适用,直到信道特性允许可靠的数据传输。在这种情况下,首先,可以确定信道的信道特性,例如,脉冲响应的长度。随后,选择允许可靠的数据传输的发射机的数量。然后,将数据分配或分派给在传输带宽内在不同的子载波上并行操作的适用的发射机,用于并行数据传输。
[0050]上面基于图1示意性描述的发明方法对于信道104有利,其中,由于信道特性,所以根据OFDM方法提供的频谱分辨率和保护间隔的长度不足以分配充分的带宽,用于在信道的传输频谱内进行数据传输。因此,根据本发明,使用一种方法,该方法模制LTE载波聚合方法。下面基于图2更详细地讨论了这个。图2(a)解释了在固定带宽内的本发明的载波聚合,并且图2(b)解释了已知的LTE载波聚合方法。在图2(b)中,第一幅图示出了没有载波聚合的根据LTE标准的功能。在围绕载波f。的带宽内,进行数据传输。如果释放在频谱内的额外带宽,则根据LTE载波聚合方法,通过增加以分配给释放的频带的频率操作的一个或多个额外LTE传输系统,来增大带宽,数据速率可以增大,以便在在图2(b)中显示的LTE载波聚合I的情况下,可以通过两个载波f。和f:进行并行数据传输,并且对于LTE载波聚合2,可以通过三个载波f。、以及f 2进行并行数据传输。
[0051]根据本发明,使用已知的载波聚合方法,但是与LTE标准相反,通过增大带宽,而不在固定带宽(即,由信道提供的固定带宽BWk)内引入根据本发明的载波聚合方法,数据速率不增大,以便代替或除了基带LTE信号,几个载波LTE信号设置在相同的带宽内。图2(a)在最左边显示提供没有载波聚合的适用的LTE单元,用于使用等于9kHz的带宽册卩通过信道104传输。根据本发明,如上所述,除了或者代替基带信号,通过f。,在9kHz频带内提供具有载波频率匕或f 2的一个或几个额外LTE信号,用于并行数据传输。从图2 (a)中可以看出,与标准方法相比,这造成所使用的子载波增大,频率分辨率提高,并且在使用额外载波时,允许使用更大的保护间隔。在使用两个额外载波时,所使用的子载波的数量以及在频率范围内的分辨率相应增大。进一步,能够具有甚至更长的保护间隔。
[0052]在下文中,更详细地讨论实施方式,其中,使用本发明的方法,用于上面相对于图1和图2描述的数据传输。
[0053]图3示出了根据本发明的教导执行数据传输的传感器网络的示意图。图3示出了中央检测位置200,其用于从多个传感器202glj 202 n中接收传感器信号。例如,中央检测位置200可以是中央控制单元,其在环境的不同位置(例如,房屋)通过传感器202glj 202 n检测环境参数,以便如果可能的话,则响应于所检测的传感器信号,实现调节或控制驱动器或输出信息信号。中央检测位置200包括发射机/接收机206,其连接至天线208并且根据本发明的教导进行操作,如上所述。每个传感器202jlj 202 n还包括发射机/接收机组件208jlj 208 n,其也连接至相应的天线210glj 210 n。在图3中显示的示例中,信道由无线电信道构成,如箭头212glj 212 n示意性所示。交替地,在传感器与检测位置200之间还可以提供其他连接(例如有线连接)。还能够进行声学连接,例如,通过在建筑物内的水管系统,传感器沿着该水管系统设置在不同的位置,例如,这些传感器将关于在特定位置的压力、温度或吞吐量的信息返回位置200。传感器和检测位置200的发射机/接收机使用上述方法通信,并且即使可用带宽具有低带宽,也允许使用已知的LTE传输单元通过高数据速率进行数据传输。
[0054]在此处,应注意的是,图3示出了传感器网络,但是本发明不限于此。例如,可以提供额外驱动器,其通过本发明的方式与检测位置200通信,以便根据所检测的传感器信号来控制。还能够具有纯粹的驱动器网络,在这种情况下,根据图3的传感器需要由相应的驱动器代替。进一步,还能够在各自的传感器或驱动器之间通过本发明的方式传送。
[0055]在下文中,更详细地讨论本发明的进一步优选的实施方式,根据该实施方式,本发明的方法用于声波,用于在深井钻探技术内提高通信。通过高数据速率到地面之上的数据传输执行高分辨率地震方法的地下使用,用于精确控制钻探方向。在现有技术中,在深孔钻探技术的背景下,使用方法,以允许从地下到地面
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