bpsk码在石油测井数据中的应用

bpsk码在石油测井数据中的应用

1bpsk编码调制解决方案bpsk也被称为双psk（双相位移编码控制），是原油勘探数据处理的重要方法。由于其自身的优点，广泛应用于原油勘探通信。他是一种“自时钟码”,无需单独的时钟道和精确的时间传输。时钟瞬时频率即使有较大的变化(20%~30%),也不会影响所传输的数据码值。BPSK波形中没有直流成分,易于传输和处理。此外,BPSK调制能有效利用电缆的频带宽度,其位速率与最大传输率之比为1。显然,BPSK调制只有0°和180°两种相移,相应电路比较简单,成本低,可靠性高。经BPSK编码调制后的波形如图1所示。NRZ是自然码,BPSK是双相移键控码。由图可见,BPSK码所代表的值中,“0”只在位边界处有电平跳变,而“1”在位边界和位中央都有电平跳变。即是用码元中间有变化来代替1,中间无变化来代替0,而在码元的边界处都有跳变。2实现方法和原则2.1控制的原则和实现方法(1)为低,低跳变高除了在每个数据的边界处要变跳变(高跳变为低,低跳变为高),如果某一码元为1,那么在数据的中间还要跳变一次,如果此码元为0,那么只在数据的边沿处进行跳变。(2)把数据和时钟同步到了图由于JK触发器在时钟作用下,具有J,K同时输入为高时跳变,同时输入为低时保持的功能,为了实现上述的调制功能,可以考虑使用JK触发器,把要调制的数据同时输入到J和K两端,然后在合适的时钟作用下,就可以实现输出解调的波形,电路的原理如图2所示。在图2中,假设传输每个码元所用的时间为10μs,调制时钟分别是200kHz,在把数据和时钟同步之后输入到图2的原理图中,用Max+PlusⅡ进行仿真。仿真的结果如图3所示,从图中可以清楚地看到,OR是NRZ信号和100kHz或的结果,就是说,如果某一码元信号为高的话,那么OR出来的信号会有连续15μs的高,而某一码元信号为低的话,那么只会出现5μs的低(而且是在100kHz时钟为低的半个周期内)。因为这里使用的是JK触发器,所以当触发时刻到达,码元为1,在中间就会反转一次;码元为0,在中间就不会反转,但是在两个码元的交界处,肯定会产生一个反转,这样就实现了所需要的调制的功能了。从图3可以看到,BPSK是对NRZ信号进行调制后的结果信号,所以图2的电路可以实现把NRZ信号调制成BPSK码。要产生调制所需要的100kHz和200kHz的信号,可以用分频的方法实现,分频时钟产生100kHz和200kHz的信号比较简单,这里不再详述。另外要实现时钟和数据的同步,在他们输入到图2的原理图时,可以用D触发器实现。到此为止,BPSK的调制已经可以用Max+PlusⅡ实现了,下面介绍如何实现BPSK码的解调。2.2解码和实现的原则和方法(1)在此二值中间跳变情况下,此码元的值是否被解调为0取BPSK码一个码元的75%处的值和后面75%处的值进行比较,如果说此二值相同,那说明在此二值的中间经历了两次跳变,那么此码元的值就应该被解调为1,如果此二值不相同,那么说明在此二值的中间只经历了一次变化,那么此码元就应该被解调为0。(2)小程序采样信号的实现假设传输每个码元的时间还是为10μs,所以如果想在75%处采样,可以用D触发器在10μs里的75%处进行触发。而且在时钟的作用下,让此码元再延时一个码元的时间,这样就能够对前后两个75%的值进行比较处理了,假设我们有这样的信号可以实现使D触发器在75%的那一点上进行触发,对BPSK码采样,那么如图4所示的电路就可以进行对数据的处理。图4中的电路图经过Max+PlusⅡ仿真后的波形如图5所示。BPSK的数据经过D触发器在75%处采样后的数据是data1,而sample75是在75%处进行触发的D触发器的时钟,由于是sample75做时钟使BPSK码又经过一次D触发器,就会再延时一个节拍(即一个码元的时间),经过QN输出和原数据异或,即是BPSK码在前后两次75%处的对比,这样就可以实现解调了,解调后的波形如图5所示,BPSK是输入的要解调的BPSK的码,而NRZ是输出解调过的数据。下一步就是如何实现所需的sample75信号,考虑使用计数器来实现。首先使计数器在每个码元的开始处工作,然后当计数器记数到此码元75%处的时候,停止记数,此时产生一个触发沿,即是sample75采样信号的上升沿,然后计数器一直停止记数,一直到此码元结束。当另外一个码元开始的时刻,让sample75信号输出低(为了产生下一个上升沿),并且再次启动计数器工作,再在此码元内做同样的工作,那么就可以实现产生sample75的采样信号。在笔者的调试中,计数器工作时钟采用的是800kHz的时钟,把10μs的码元分成了8等份,每份为1.25μs,就是800kHz的时钟信号,当计数次数为6的时候,这时的时间为7.5μs,即是此码元75%处的时刻,计数器停止工作,输出sample75信号由0变到1(上升沿),计数器直到下个码元的开始处工作,并且再次把sample75信号置低,为下一个上升沿做准备,这样就再进入下一个工作时序。如图6所示为解调的原理框图,在Max+PlusⅡ环境仿真的时候,其中的一个电阻和电容组成的延时电路可由一个D触发器来代替使之延时,800kHz的信号由4MHz的晶振分频得到,图7为Max+PlusⅡ仿真解调图,由图中FI为输出的NRZ码,就是解调出来的信号,对比可见,可以实现解调。3系统的模拟系统本文为实现