СПОСОБ И МОДЕМ ДЛЯ ПОДВОДНОЙ СВЯЗИ ПО ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ Российский патент 2010 года по МПК H04B3/54 

Изобретение относится к способу и модему для подводной связи по линии электропередачи, то есть для передачи двоичных данных посредством электрического сигнала подводной линии электропередачи.

Подводная связь по линии электропередачи представляет собой специальную форму подводной коммуникации. Это предпочтительно используется в исследовании и эксплуатации месторождений газа и нефти, расположенных в морском дне. Подводная связь используется, например, для того, чтобы передавать различные данные между станциями управления на поверхности и подводными устьями скважин. Месторождения газа и нефти, которые исследуются или эксплуатируются с использованием электронной коммуникации с устьями скважин или другим электронным оборудованием, иногда называют "электронными месторождениями" (e-месторождениями).

В предшествующем уровне техники описаны различные способы для подводной связи. С одной стороны, имеются проводные электрические или оптические соединения, с другой стороны, имеются беспроводные соединения. Проводные соединения могут быть подразделены на первую группу, обеспечивающую линии связи для электронных или оптических соединений, отдельных от линий электропередачи, и вторую группу, использующую линии электропередачи для электронных коммуникаций. В последнем случае выгодным образом не требуются никакие отдельные линии связи.

Например, в документе US 2005/0243983 А1 описан модем для приема и передачи данных от/к проводнику. Он включает в себя выходной возбудитель для передачи данных к проводнику, приемник для приема данных из проводника и средство согласования импеданса для согласования импеданса входа приемника с импедансом проводника. Усиление выходного возбудителя, усиление приемника и импеданс входа приемника в этом модеме настраиваются.

Все известные модемы для подводной связи по линии электропередачи используют некоторый тип метода модуляции на основе частотной манипуляции, учитывающий битовые скорости до 19200 бит/с и рабочие диапазоны приблизительно до 100 км. С этой целью известные модемы используют диплексоры, содержащие фильтр нижних частот для электрического сигнала и фильтр верхних частот для модулированных двоичных данных, отфильтровывающие частоты выше и ниже 100 кГц соответственно.

Целью изобретения является определить способ и модем для подводной связи по линии электропередачи, посредством которых связь возможна на значительно более высоких битовых скоростях и в увеличенных рабочих диапазонах.

Эта проблема решена способом, включающим в себя признаки, указанные в пункте 1 формулы изобретения, и модемом, включающим в себя признаки, указанные в пункте 11 формулы изобретения.

Предпочтительные варианты осуществления изобретения приведены в зависимых пунктах формулы изобретения.

В целях изобретения подразумевается, что всякий раз, когда некоторое утверждение имеет отношение к модуляции, оно может альтернативно или дополнительно относиться к демодуляции соответствующим образом.

Изобретение предлагает модулировать двоичными данными электрический сигнал подводной линии электропередачи, используя мультиплексирование с ортогональным частотным разделением (OFDM), в особенности в соответствующем модеме. Согласно изобретению OFDM предпочтительно выполняется в обоих из двух осуществляющих связь модемов, один на морском дне, а другой на поверхности. Таким способом может быть предоставлено двухточечное соединение с высокой битовой скоростью, например, до 3 Мбит/с между подводным электронным блоком и узлом управления на поверхности.

С использованием OFDM, которое само по себе известно в телевизионном вещании, передающий модем осуществляет передачу на множестве различных ортогональных частот, называемых полосами несущих или каналами. Две полосы несущих являются ортогональными, если они независимы друг от друга, что касается их относительных фазовых отношений. Двоичные данные модулируют электрический сигнал в форме так называемых символов OFDM.

Использование OFDM для подводной связи по линии электропередачи обеспечивает несколько преимуществ. Различные полосы несущих могут быть близки одна к другой по частоте, таким образом, обеспечивая высокую эффективность использования спектра, принимая во внимание высокую полную битовую скорость. Кроме того, OFDM обеспечивает возможность легкого отфильтровывания шума. Если определенный частотный диапазон испытывает помехи, соответствующие полосы несущих можно использовать на более медленной битовой скорости, или их можно даже блокировать. Таким образом, может быть достигнут большой рабочий диапазон до 200 км. Дополнительно, путем назначения соответствующих количеств полос несущих для передач по восходящей линии и нисходящей линии соответствующие битовые скорости могут настраиваться по мере необходимости.

В предпочтительных вариантах осуществления для OFDM используется частотный диапазон в пределах интервала от 2 кГц до 400 кГц, то есть упомянутых модулированных двоичных данных. Можно использовать частотный диапазон, имеющий ту же самую ширину, что и этот интервал, или более узкий, чем этот интервал, например, от 10 кГц до 400 кГц. Этот вариант осуществления обеспечивает широкий диапазон частот для OFDM, следовательно, позволяя использовать большее число полос несущих и, таким образом, высокие битовые скорости. Это в особенности достигается при использовании частот ниже 100 кГц в отличие от предшествующего уровня техники. Таким образом, возможна широкополосная передача, приводящая в результате к более высоким битовым скоростям. Верхний предел 400 кГц уменьшает высокочастотный шум, вызванный переключаемыми источниками электропитания и их гармониками, так же как шум, воспринимаемый от источников на поверхности. Кроме того, ослабление в подводных кабелях является высоким на частотах выше 400 кГц.

Предпочтительным образом, электрический сигнал пропускают через фильтр нижних частот, а модулированные двоичные данные пропускают через полосовой фильтр. Фильтры предпочтительно содержатся в блоке диплексора модема. Полосовой фильтр обеспечивает прохождение частот от 2 до 400 кГц для получения наилучшего достижимого сигнала. Фильтр нижних частот позволяет вырезать искажения от низкочастотного шума со стороны поверхности и подводных источников электропитания, прежде чем сигнал модема будет наложен на подводную линию электропередачи. Предпочтительно, фильтр нижних частот начинает подавлять от 2 кГц и вплоть до 0 Гц.

В предпочтительном варианте осуществления от 10 до 200 индивидуальных полос несущих используются в пределах упомянутого частотного диапазона. Если используется несколько полос несущих, каждая полоса несущей может работать при медленной битовой скорости. Таким образом, длительность передаваемых символов OFDM может быть относительно длинной, уменьшая чувствительность передачи к импульсному шуму. Таким образом, может быть увеличен рабочий диапазон. Из-за большого количества полос несущих, тем не менее, может быть достигнута высокая полная битовая скорость.

Предпочтительно, усиление, по меньшей мере, одной из упомянутых индивидуальных полос несущих динамически настраивается. Этим способом даже слабые полосы несущих с высоким шумом могут использоваться для передачи.

Для минимальных ошибок передачи, по меньшей мере, одна из упомянутых полос несущих классифицируется как используемая или неиспользуемая в зависимости от предварительно определяемого порога в тестовой последовательности с подсоединенным модемом-партнером.

Предпочтительно, те из упомянутых полос несущих, которые классифицированы как неиспользуемые, маскируются.

В предпочтительном варианте осуществления диагностические данные модулируют упомянутый электрический сигнал в зарезервированных полосах несущих параллельно с упомянутыми двоичными данными. Это позволяет выполнять диагностику во время нормальной работы модема, не ограничивая доступную ширину полосы действительных двоичных данных полезной нагрузки.

В усложненном варианте осуществления упомянутые двоичные данные получают от или передают на электронный блок через Ethernet-соединение. Соответствующий модем обеспечивает, по меньшей мере, одно Ethernet-соединение. Это позволяет достичь высоких скоростей передачи битов для внешних соединений. Предпочтительно, такой модем включает в себя центральный процессор с сокращенным набором команд для обеспечения упомянутого Ethernet-соединения. В таком усложненном варианте осуществления режим приема или режим передачи предпочтительно согласуется через упомянутую линию электропередачи. Это позволяет обеспечить полнодуплексную связь между двумя модемами путем чередования направления передачи, как требуется.

Преимущество, получаемое в соответствии с изобретением, заключается, в частности, в том, что возможная битовая скорость передачи и возможный рабочий диапазон значительно улучшаются по сравнению с модемами согласно предшествующему уровню техники.

Далее изобретение описывается более детально со ссылками на чертежи.

Фиг.1 показывает блок-схему модема согласно изобретению.

Фиг.2 показывает модем и его диплексор на схематичном виде сбоку.

Фиг.3 показывает блок-схему диплексора.

Фиг.4 показывает принципиальную схему диплексора.

Фиг.5 показывает блок-схему стадий модема после включения модема.

Фиг.6 показывает блок-схему стадии инициализации.

Фиг.7, 8 показывают блок-схему другого модема, обеспечивающего возможность Ethernet-соединения.

На всех чертежах соответствующие части обозначены идентичными ссылочными позициями.

Фиг.1 показывает приведенную для примера блок-схему модема 1 для связи посредством подводной линии 2 электропередачи с электронными блоками 3, например, контролируемым подводным e-месторождением. Линию электропередачи 2 также называют гибким кабелем для передачи питания.

Модем 1 содержит приемный тракт 4 и передающий тракт 5 для передачи данных между линией 2 электропередачи и электронными блоками 3.

Более подробно, модем 1 включает в себя программируемую пользователем вентильную матрицу (FPGA) 6, процессор 7 цифрового сигнала (DSP), линию 8 аналого-цифровой обработки и линию 9 цифроаналоговой обработки. Обе линии 8 и 9 обработки связаны с диплексором 10 через дифференциальный интерфейс (не показан) и с программируемой пользователем вентильной матрицей 6. Посредством диплексора 10 модем 1 соединяется с подводной линией электропередачи 2.

Кроме того, программируемая пользователем вентильная матрица 6 обеспечивает два независимых двунаправленных внешних последовательных интерфейса 11 и 12, например, одно RS-485-соединение 11, соединяемое с так называемой шиной PROFIBUS для двоичных данных полезной нагрузки, и другое RS-232-соединение 12 для диагностических данных.

С одной стороны, программируемая пользователем вентильная матрица 6 создает OFDM-модулированный сигнал радиочастоты (RF) из двоичных данных, полученных из RS-485-соединения 11 и, если требуется, из диагностических данных, полученных из RS-232-соединения 12 по передающему тракту 5. Эти данные модулируют, в виде модулированного радиочастотного OFDM-сигнала, электрический сигнал E_modRF линии 2 электропередачи. С другой стороны, программируемая пользователем вентильная матрица 6 демодулирует OFDM-модулированный сигнал E_modRF, полученный из линии 2 электропередачи через диплексор 10, в двоичные данные полезной нагрузки по приемному тракту 4 и, в случае необходимости, в диагностические данные, которые выводятся в RS-485-соединение 11 и RS-232-соединение 12 соответственно.

Поскольку затраты на вычисление высоки для мультиплексирования с ортогональным частотным разделением, программируемая пользователем вентильная матрица 6 использует процессор 7 цифрового сигнала как для модуляции, так и для демодуляции. Соответствующие процессоры цифрового сигнала 7 с флэш-памятью 13 программ и памятью 14 данных коммерчески доступны. Процессор 7 цифрового сигнала связан через интерфейс 15, содержащий регистры программирования, с программируемой пользователем вентильной матрицей 6. Интерфейс 15 синхронизирован с частотой 48 МГц посредством фазоследящего контура 16 с опорной частотой, например 2 МГц, управляемого напряжением генератора 17.

Для OFDM-модуляции и демодуляции модем 1 использует, например, 195 индивидуальных полос несущих, то есть каналов, с частотным диапазоном от 10 кГц до 400 кГц. Возможны другие частотные диапазоны в пределах интервала от 2 кГц до 400 кГц. В частности, оператор может назначить или блокировать определенные полосы несущих, по мере необходимости. Для каждой полосы несущей может использоваться один из известных способов модуляции QPSK, 16-QAM или 64-QAM. Модем 1 автоматически выполняет оптимальный выбор для конкретной модуляции. Однако оператор может установить максимальное созвездие. Модем 1 измеряет отношение сигнала к шуму (SNR) для каждой полосы несущей и выделяет мощность, чтобы максимизировать скорость передачи. Таким образом, это обеспечивает битовую скорость до 3 Мбит/с и рабочий диапазон до 200 км. RS-232-соединение 12 имеет максимальную скорость битов 115200 бит/с.

Диплексор 10 способен соединять радиочастотный модем 1 с обоими концами линии 2 электропередачи таким образом, что два модема 1 могут осуществлять связь друг с другом, в то время как кабель линии электропередачи также используется для распределения питающей мощности. С этой целью диплексор 10 поддерживает сигнальный импеданс электрического сигнала E линии 2 электропередачи. Диплексор 10, являющийся частью OFDM-модема 1, предназначен для двухточечного соединения между поверхностной и подводной системами управления. Он обеспечивает ширину полосы, подобную или большую, чем ширина полосы его входных схем 6 - 9, чтобы передавать модулированный радиочастотный сигнал без искажения.

Диплексор 10 компактным образом размещен в модеме 1. Фиг.2 схематично показывает, как компоненты диплексора 10, например два трансформатора 18, чередуются с компонентами платы 19 печатной схемы (сокращенно PCB), например, программируемой пользователем вентильной матрицей 6 и процессором 7 цифрового сигнала, не касаясь их. Эти два трансформатора 18 очень компактны и установлены на плате 19 печатной схемы с нижней стороны; компоненты интегральной схемы, например программируемая пользователем вентильная матрица 6 и процессор 7 цифрового сигнала, установлены на нижней стороне и/или на верхней стороне платы 19 печатной схемы. Компоненты установлены с обеих сторон, например, единственной шестислойной платы 19 печатной схемы. Таким образом, весь модем 1 очень компактен, поскольку его физический размер должен быть минимальным для применений подводной системы управления.

Фиг.3 показывает блок-схему диплексора 10, содержащую фильтр 20 нижних частот для электрического сигнала Е1, E2 и полосовой фильтр 21 для модулированных двоичных данных. Диплексор 10 одинаков как для подводного, так и для используемого на поверхности модемов 1.

В случае используемого на поверхности диплексора 10 источник 22 электропитания расположенных на поверхности электронных блоков 3 с сигналами Е1 и Е2 электрической мощности подсоединен на правой стороне блок-схемы. Радиочастотный сигнал RF вводится из программируемой пользователем вентильной матрицы 6, с так называемыми OFDM-схемами 6-9, то есть модулированные двоичные данные. OFDM-модулированные сигналы El_modRF/E2_modRF электрической мощности проводятся затем к подводным линиям 2 электропередачи 2 на левой стороне блок-схемы.

Диплексор 10 для подводного использования принимает OFDM-модулированный сигнал E_modRF электрической мощности на левой стороне блок-схемы. Радиочастотный сигнал RF, представляющий модулированные двоичные данные, извлекается полосовым фильтром 21, который соединен с OFDM-схемами программируемой пользователем вентильной матрицы 6. Подводный источник 22 электропитания подсоединен на правой стороне блок-схемы.

Фильтр 20 нижних частот отфильтровывает шум из источников 22 электропитания, чтобы исключить их прохождение в коммуникационную часть подводной линии 2 электропередачи. Полосовой фильтр 21 пропускает частоты от 10 кГц до 400 кГц.

На фиг.4 показана блок-схема диплексора 10. По сравнению с фиг.3 схема диплексора 10 предусмотрена на левой стороне с сигналом E_modRF1, E_modRF2 электрической мощности, объединенным с модулированным двоичным сигналом данных. Радиочастотный сигнал RF выводится на OFDM-схемы программируемой пользователем вентильной матрицы 6 внизу. Источник 22 электропитания подсоединен на правой стороне для низкочастотной фильтрации.

Фильтрация на стороне питания обеспечивает ослабление дифференциального режима более чем 45 дБ в диапазоне от 2 кГц до 5 кГц и более чем 70 дБ в диапазоне от 5 кГц до 500 кГц. Ослабление общего режима между 2 кГц и 500 кГц составляет более чем 80 дБ.

Фильтрация на стороне сигнала обеспечивает ослабление дифференциального режима менее чем 2 дБ в диапазоне от 2 кГц до 500 кГц. Ослабление общего режима между 2 кГц и 500 кГц составляет более чем 60 дБ. Групповая задержка составляет менее чем 75 мкс для диапазона от 2 кГц до 5 кГц и менее чем 25 мкс для диапазона от 5 кГц до 500 кГц.

На фиг.5 показаны различные стадии, через которые проходит модем 1 после подачи на него питания. Имеются четыре стадии: включение питания, инициализация, тестовая последовательность и нормальная работа. Во время стадии включения питания устанавливаются постоянные параметры в процессоре 7 цифрового сигнала и соответственно переключаются светодиоды (LED, не показаны), представляющие информацию внешним образом. Постоянные параметры включают в себя, например, тип модема, регистрационный номер модема и версию аппаратных средств, защитный интервал OFDM, скорость передачи PROFIBUS, доступную выходную мощность, усиление приема (Rx), ослабление Rx, запас по отношению сигнала к шуму, шаблон нисходящего канала и шаблон восходящего канала. После стадии включения питания модем 1 автоматически запускает стадию инициализации. Инициализация включает различные состояния, которые показаны на фиг.6. Во время стадии инициализации модем 1 никогда не использует более одного канала в данный момент времени. В состояниях "Megasync” (мегасинхронизация) и "BestChannel” (наилучший канал) модем 1 передает последовательно от самого низкого активного канала до самого высокого активного канала. В состоянии "CommParam" (параметры связи) модем 1 передает только на одном канале.

В состоянии "Megasync” модем 1 посылает определяемую сигнальную последовательность последовательно на каждом из активных каналов. Удаленный модем (не показан) получает эти сигналы "Megasync” и выполняет следующие шаги. Если измеренный уровень сигнала низок, удаленный модем 1 автоматически увеличивает усиление Rx в максимально возможной степени. Уровень сигнала приблизительно 90 дБ допускается, прежде чем возникает ограничение. Если уровень сигнала слишком высок (возникает ограничение), удаленный модем 1 уменьшает усиление Rx, пока ограничение не станет незначительным. Полное усиление Rx разделяется на две части, усиление Rx и ослабление Rx. Усиление Rx может регулироваться от 0 до 24 дБ. Ослабление Rx может быть разрешено, приводя к ослаблению на 11 дБ, или отменено, приводя к ослаблению на 0 дБ. Следовательно, может быть достигнуто общее усиление 24+11=35 дБ. По умолчанию, усиление установлено на максимум. Затем удаленный модем 1 измеряет значения отношения сигнала к шуму для каждого канала. Затем канал, имеющий самое высокое значение отношения сигнала к шуму, назначается в качестве «лучшего канала».

Модем, используемый на поверхности, будет всегда запускать "Megasync”, в то время как подводный модем всегда вступает в состояние приема "Megasync”. Если после двух попыток модем, используемый на поверхности, не принял "Megasync” от подводного модема, то включается соответствующий светодиод, чтобы сигнализировать о прерывании гибкого кабеля. Этот светодиод выключается, как только "Megasync” будет принят от подводного модема. Светодиод инициализации включается, как только модем входит в состояние "Megasync”.

В состоянии "BestChannel" модем 1 посылает информацию о лучшем канале последовательно на каждом из активных каналов. К сообщению "BestChannel" применяется код контрольной суммы CRC8.

В состоянии "CommParam" модем 1 передает информацию о параметрах связи, которые должны применяться во время стадий тестовой последовательности и нормальной работы. То, какие параметры передаются, зависит от направления передачи и соответствующего используемого канала. Они описаны в следующей таблице:

  От используемого на поверхности модема к подводному модему От подводного модема к используемому на поверхности модему На каждый канал Мощность восходящей линии
Модуляция восходящей линии
Маска канала нисходящей линии
Маска канала восходящей линии Мощность нисходящей линии
Модуляция нисходящей линии
SNR нисходящей линии В целом Запас по SNR
Скорость PROFIBUS UART  

Как можно видеть, подводный модем выполняет распределение мощности для находящегося на поверхности модема, в то время как находящийся на поверхности модем выполняет распределение мощности для подводного модема. Вся доступная выходная мощность тогда распределяется. Код CRC32 применяется к сообщению "CommParam". Сообщение "CommParam" передается только на "лучшем канале". При завершении состояния "CommParam" светодиод инициализации выключается.

Когда инициализация завершена, модем 1 и удаленный модем входят в стадию тестовой последовательности. "Тестовая последовательность" передается, чтобы получить начальную оценку канала и протестировать текущие комбинации (созвездия) распределения мощности и модуляции. Во время стадии тестовой последовательности модем 1 использует параметры связи, выбранные во время стадии инициализации. Следовательно, модемы будут использовать частотный диапазон, выбранный во время инициализации.

После успешного завершения стадии тестовой последовательности оба модема входят в стадию нормальной работы, то есть они начинают передавать двоичные данные полезной нагрузки, полученные из их PROFIBUS RS-485-соединений 11.

Модем 1 имеет встроенную логику, чтобы минимизировать время ожидания. Основой этой логики является то, что модем 1 может начать модуляцию и передачу PROFIBUS-телеграмм по гибкому кабелю до получения всей телеграммы от PROFIBUS-хоста, подключенного к RS-485-соединению 11. Точно так же на стороне приема удаленный модем может начать передавать PROFIBUS-телеграмму своему PROFIBUS-хосту до получения всей PROFIBUS-телеграмм по гибкому кабелю. Вычисление того, когда начать передачу PROFIBUS-телеграммы, основано на битовой скорости PROFIBUS, которая может быть определена как параметр модема 1, и длине ROFIBUS-телеграммы, которая указывается первым байтом в соответствующей телеграмме.

Общим требованием для PROFIBUS-передачи является то, что никакой межбайтовый промежуток не разрешается между последовательными байтами в телеграмме. Следовательно, модем 1 должен гарантировать это требование при вычислении, когда начать передачу PROFIBUS-телеграмм. Интервальное время PROFIBUS, которое конфигурируется на оборудовании PROFIBUS и, таким образом, является частью параметров шины, должно конфигурироваться так, чтобы обеспечить дополнительное время ожидания, добавленное модемами, осуществляющими связь. Модемы должны быть в состоянии работать с минимальными интервальными временами, заданными следующей таблицей:

Битовая скорость PROFIBUS
(кбит/с) Минимальное интервальное время 9.6 220 19.2 250 93.75 800 187.5 1500 500 3800 1500 7000 3000 13000

Начальная оценка канала, выполненная на стадии тестовой последовательности, регулярно обновляется посредством приема PROFIBUS-данным. Модемы, осуществляющие связь, в принципе требуют, чтобы новые данные принимались приблизительно каждые 100 мс, чтобы поддерживать корректную оценку канала. Если, по некоторым причинам, период между двумя последовательными PROFIBUS-телеграммами превысит 100 мс, то соответствующий передающий модем будет передавать пакет таймаута, чтобы поддерживать оценку канала. Этот пакет таймаута может вызвать искажение PROFIBUS-телеграммы; следовательно, может произойти повторная PROFIBUS-передача. Ввиду пакетов таймаута, модемы в состоянии поддерживать связь, даже если никакие PROFIBUS-данные не применяются.

Дополнительно, канал контроля реализован как параллельный канал к каналу PROFIBUS-данных посредством гибкого соединения. Цель канала контроля состоит в том, чтобы передавать диагностические данные, то есть параметры и сообщения, с подводного модема на инструмент диагностики, связанный с модемом, используемым на поверхности, не влияя на битовую скорость двоичных данных полезной нагрузки. С этой целью диагностические данные модулируют электрический сигнал линии электропередачи в зарезервированных полосах несущих OFDM, параллельно с упомянутыми двоичными данными полезной нагрузки. Канал контроля устанавливается, как только модемы входят в стадию нормальной работы.

Модем 1 может быть принудительно переведен в тестовый режим вывода синусоидального колебания. Тогда стадия нормальной работы останавливается, и модем 1 конфигурируется для вывода синусоидального колебания на конкретном канале. Это является простым механизмом проверки функциональных возможностей аналоговых схем модема. Чтобы войти в тестовый режим вывода синусоидального колебания, соответствующий параметр "bRunSineTest" устанавливается на «истинно», желательный канал вывода определяется через параметр “SineTestChannel” (синусоидальный тестовый канал) между 0 и 194. Ширина полосы канала составляет приблизительно 1,95 кГц, следовательно, приблизительная центральная частота выходного синусоидального колебания равна "SineTestChannel" * 1,95 кГц. Затем модем 1 запускается.

Кроме того, модем 1 может быть принудительно переведен в режим тестирования шума. Это означает, что режим нормальной работы останавливается, и модем 1 конфигурируется в состояние только приема. В этом состоянии усилитель мощности выключен. Это является простым механизмом визуализации входного шума модема. Чтобы войти в режим тестирования шума, параметр "bRunNoiseTest" устанавливается на «истинно». Затем модем 1 запускается.

Фиг.7 показывает блок-схему другого приведенного для примера модема 1, который конфигурирован подобно показанному на фиг.1. Вместо схемы последовательного интерфейса для RS-485-соединения модем 1 содержит центральный процессор 23 с сокращенным набором команд (RISC) с встроенным контроллером Ethernet (не показан), обеспечивающим внешнее Ethernet-соединение 24 с электронным блоком 3. Центральный процессор 23 с сокращенным набором команд взаимодействует с процессором 7 цифрового сигнала через программируемую пользователем вентильную матрицу 6.

Центральный процессор 23 с сокращенным набором команд находится в режиме передачи или в режиме приема. В режиме приема центральный процессор 23 с сокращенным набором команд считывает Ethernet-кадры от контроллера Ethernet и записывает кадры в буфер в программируемой пользователем вентильной матрице 6. В режиме передачи центральный процессор 23 с сокращенным набором команд считывает кадры из буфера программируемой пользователем вентильной матрицы 6 и записывает кадры в соответствующий контроллер Ethernet. Если появляются кадры, которые нужно послать контроллеру Ethernet, в то время как центральный процессор 23 с сокращенным набором команд находится в режиме приема, то есть выполняет считывание из контроллера Ethernet, то центральный процессор 23 с сокращенным набором команд буферизует появляющиеся кадры до тех пор, пока направление передачи не изменится на режим передачи.

Направление передачи согласовывается между двумя соединенными модемами 1 таким образом, что оба модема 1 всегда согласованы относительно направления передачи. Это называется планированием направления передачи. Для пары соединенных модемов 1 будет всегда применяться следующее: один из модемов 1 будет находиться в режиме передачи, а другой модем 1 будет в режиме приема. Если модем 1 находится в режиме передачи, он будет оставаться в этом режиме, пока у него есть ожидающие передачи данные, или до тех пор, пока не пройдет предварительно определенный параметризованный временной интервал. Когда любое из этих двух условий применяется, направление передачи изменится на противоположное. Когда один из модемов 1 входит в режим передачи, но не имеет никаких ожидающих передачи данных, направление передачи изменится на противоположное после того, как пройдет короткий параметризованный временной интервал.

Пара модемов 1, соединенных линией 2 электропередачи, образует полудуплексный канал связи (не показан). При описанном выше планировании направления передачи модемы 1 образуют полнодуплексный двухточечный канал связи для узлов Ethernet на обеих сторонах канала связи.

Фиг.8 показывает блок-схему другого модема 1, который конфигурирован подобно показанному на фиг.7. Однако центральный процессор 23 с сокращенным набором команд имеет два встроенных контроллера Ethernet (не показаны), обеспечивающие два внешних Ethernet-соединения 24 к двум различным электронным блокам 3. Для каждого из Ethernet-соединений 24 используется соответствующий двойной кабель витой пары. Два Ethernet-соединения 24 обеспечивают два одновременных двухточечных канала связи по единственной линии 2 электропередачи. Связь через Ethernet-соединения 24 может быть выполнена с использованием планирования направления передачи, как описано выше, для каждого Ethernet-соединения 24 отдельно. Альтернативно может использоваться простая полудуплексная передача.

Изобретение относится к технике связи и может использоваться для подводной связи по линии электропередач. Технический результат состоит в создании линии передачи для подводной связи на высоких битовых скоростях и увеличенных рабочих диапазонах. Для этого при передаче двоичных данных посредством электрического сигнала подводной линии электропередачи упомянутые двоичные данные модулируют упомянутый электрический сигнал с использованием мультиплексирования с ортогональным частотным разделением (OFDM). 2 н. и 23 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Способ для передачи двоичных данных посредством электрического сигнала (Е, E1, E2) подводной линии (2) электропередачи, реализованного в модеме для подводной линии передач, причем упомянутые двоичные данные модулируют упомянутый электрический сигнал (E_modRF, El_modRF, E2_modRF) с использованием мультиплексирования с ортогональным частотным разделением (OFDM), при этом частотный диапазон в пределах от 2 до 400 кГц используют для радиочастоты (RF), содержащей упомянутые модулированные двоичные данные, и электрический сигнал (Е, El, E2) передают через фильтр (20) нижних частот, а упомянутую радиочастоту (RF) с модулированными двоичными данными передают через полосовой фильтр (21).

2. Способ по п.1, в котором в пределах упомянутого частотного диапазона используют от 10 до 200 индивидуальных полос несущих.

3. Способ по п.1, в котором усиление, по меньшей мере, одной из упомянутых индивидуальных полос несущих динамически регулируют.

4. Способ по п.2, в котором усиление, по меньшей мере, одной из упомянутых индивидуальных полос несущих динамически регулируют.

5. Способ по п.2, в котором в тестовой последовательности с соединенным модемом-партнером (1), по меньшей мере, одна из упомянутых полос несущих классифицирована, чтобы использоваться или не использоваться, в зависимости от предварительно определяемого порога.

6. Способ по п.3, в котором в тестовой последовательности с соединенным модемом-партнером (1), по меньшей мере, одна из упомянутых полос несущих классифицирована, чтобы использоваться или не использоваться, в зависимости от предварительно определяемого порога.

7. Способ по п.4, в котором в тестовой последовательности с соединенным модемом-партнером (1), по меньшей мере, одна из упомянутых полос несущих классифицирована, чтобы использоваться или не использоваться, в зависимости от предварительно определяемого порога.

8. Способ по п.6, в котором те из упомянутых полос несущих, которые классифицированы, чтобы не использоваться, маскируют.

9. Способ по п.7, в котором те из упомянутых полос несущих, которые классифицированы, чтобы не использоваться, маскируют.

10. Способ по любому из пп.1-9, в котором диагностические данные модулируют упомянутый электрический сигнал (Е, E1, E2) в зарезервированных полосах несущих параллельно с упомянутыми двоичными данными.

11. Способ по любому из пп.1-9, в котором упомянутые двоичные данные получают из или посылают в электронный блок (3) через Ethernet-соединение (24).

12. Способ по п.10, в котором упомянутые двоичные данные получают из или посылают в электронный блок (3) через Ethernet-соединение (24).

13. Способ по п.11, в котором режим приема или режим передачи согласовывают посредством упомянутой линии (2) электропередачи.

14. Способ по п.12, в котором режим приема или режим передачи согласовывают посредством упомянутой линии (2) электропередачи.

15. Модем для подводной линии электропередач для передачи двоичных данных посредством электрического сигнала (Е, E1, E2) подводной линии (2) электропередачи, использующий мультиплексирование с ортогональным частотным разделением (OFDM) для модуляции упомянутыми двоичными данными упомянутого электрического сигнала (E_modRF; El_modRF, E2_modRF) и использующий частотный диапазон в пределах от 2 до 400 кГц для радиочастоты (RF) с упомянутыми модулированными двоичными данными, и содержащий диплексор (10), который содержит фильтр (20) нижних частот для упомянутого электрического сигнала (Е, E1, E2) и полосовой фильтр (21) для радиочастоты (RF), содержащей упомянутые модулированные двоичные данные.

16. Модем (1) по п.15, использующий от 10 до 250 индивидуальных полос несущих в пределах упомянутого частотного диапазона.

17. Модем (1) по п.15, динамически регулирующий усиление, по меньшей мере, одной из упомянутых индивидуальных полос несущих.

18. Модем по п.15, выполняющий тестовую последовательность с соединенным модемом-партнером (1), причем, по меньшей мере, одна из упомянутых полос несущих классифицирована, чтобы использоваться или не использоваться, в зависимости от предварительно определенного порога.

19. Модем по п.16, выполняющий тестовую последовательность с соединенным модемом-партнером (1), причем, по меньшей мере, одна из упомянутых полос несущих классифицирована, чтобы использоваться или не использоваться, в зависимости от предварительно определенного порога.

20. Модем (1) по п.18, маскирующий те из упомянутых полос несущих, которые классифицированы, чтобы не использоваться.

21. Модем (1) по п.19, маскирующий те из упомянутых полос несущих, которые классифицированы, чтобы не использоваться.

22. Модем (1) по любому из пп.15-21, модулирующий диагностическими данными упомянутый электрический сигнал в зарезервированных полосах несущих параллельно с упомянутыми двоичными данными.

23. Модем (1) по любому из пп.15-21, обеспечивающий, по меньшей мере, одно Ethernet-соединение (24).

24. Модем (1) по п.22, обеспечивающий, по меньшей мере, одно Ethernet-соединение (24).

25. Модем (1) по п.23, содержащий центральный процессор (23) с сокращенным набором команд для обеспечения упомянутого Ethernet-соединения (24).