智能完井单芯电缆分层功率分配和误码率联合优化方法与流程

本发明涉及石油、天然气完井，尤其涉及智能完井单芯电缆分层功率分配和误码率联合优化方法。

背景技术：

1、现有油藏存储类型复杂多样，层间非均匀性严重，为了实现油田的合理、可靠开发，智能注采技术通过配置井下永置式储层动态监测系统，可实时掌握各储层开采和注水信息，有助于工作人员及时调整生产方案，实现油田科学化开发。

2、智能分层注采技术井地之间多使用单芯电缆进行数据传输。单芯电缆在智能完井分层注采中，在150℃高温和60mpa下以及电缆张力作用下，信号会产生不同程度的幅度衰减和相移，表现在接收端为模拟信号的波形畸变。当畸变超过解码电路的容错范围时就会产生错误解码，出现误码率增加。提升电缆通信系统的抗噪声性能，优化每层功率分配，对油田开采的稳定性和可靠性具有重要意义。

技术实现思路

1、本申请的目的在于提供智能完井单芯电缆分层功率分配和误码率联合优化方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、本发明解决其问题可通过如下技术方案来达到：

3、智能完井单芯电缆分层功率分配和误码率联合优化方法，包括以下步骤：

4、s1：系统初始化与信道估计；

5、s2：基于dfe-mlse联合均衡器的实时信号处理；

6、s3：基于软阈值判决的误码率优化；

7、s4：基于spsa的均衡器系数自适应更新；

8、s5：分层功率动态分配优化；

9、其中，步骤s1至步骤s5在系统运行过程中循环执行，实现通信质量与功率效率的持续联合优化。

10、可选地，步骤s1包括：

11、对均衡器系数进行初始化后，通过单芯电缆发送实际传输信号序列，分析均衡器结构输出：

12、                   （1）

13、其中，k1为初始化前馈滤波器阶数；k2为初始化反馈滤波器阶数；r[n]作为输入信号通过单芯电缆的信号进入均衡器前馈网络；f为前馈滤波器系数，f为k1+1阶向量，f=[f-k1,...,f0]t；b为反馈滤波器系数，b为k2阶向量，b=[b1,...,bk2]t。

14、可选地，步骤s2包括：

15、通过调整前馈滤波器系数f和反馈滤波器系数b，以最小化系统整体误码率：

16、    （2）

17、     （3）

18、其中，n为训练序列的优选训练长度；为实际传输信号序列；为mlse判决输出符号；为指示函数；为代价函数。

19、可选地，步骤s3包括：

20、s31、mlse输出经过软阈值后，生成软判决符号；查找最优的前馈滤波器系数f和反馈滤波器系数b，以最小化基于软判决的系统整体误码率：

21、     （4）

22、      （5）

23、   （6）

24、其中，，x为输入值；tm为第m次阈值参数；，softt(x)为输出值；

25、s32、光滑近似的软判决误码率估计与自适应触发系数更新；

26、采用误码率观测窗口长度w，进行误码率ber估计：

27、     （7）

28、通过sigmoid函数对不可导的指示函数进行光滑近似，构造连续可优化的代价函数：

29、   （8）

30、    （9）

31、其中，β为扰动幅度衰减系数；为距离度量函数；δ为判决门限；

32、均衡器系数自适应更新的触发条件：若，保持系数；若，触发系数更新。

33、可选地，步骤s4包括：

34、s41、采用同时扰动随机逼近算法进行dfe-mlse均衡器系数优化：

35、对代价函数进行增强，其总代价函数为：

36、 （10）

37、假设当前为第m次迭代，前馈滤波器系数和反馈滤波器系数分别为fm和bm，按以下步骤进行spsa梯度估计：

38、生成随机扰动向量：

39、    （11）

40、     （12）

41、确定扰动幅度：；为初始扰动幅度；γ为误码率放大系数；

42、计算正负扰动下的代价函数：

43、    （13）

44、    （14）

45、估计梯度变化：

46、  （15）

47、  （16）

48、其中，表示逐元素取倒数，对于，有；

49、为前馈滤波器系数f和反馈滤波器系数b设计自适应步长和，进行自适应步长参数更新：

50、  （17）

51、  （18）

52、前馈滤波器步长：  （19）

53、反馈滤波器步长：  （20）

54、软阈值门限自适应更新：

55、   （21）

56、其中，为前馈滤波器步长初始值；为反馈滤波器步长初始值；为前馈滤波器步长衰减系数；为反馈滤波器步长衰减系数；为前馈部分灵敏度；为反馈部分灵敏度；为系统期望达到的误码率性能指标；为前馈滤波器步长中防除零常数；为后馈滤波器步长中防除零常数，二者一般取值为；为软阈值门限自适应调整的步长系数，用于控制门限随误码率偏差变化的调整速率；

57、s42、基于能量约束与最小相位约束的均衡器稳定性设计；

58、对前馈滤波器施加能量约束防止放大器饱和：，若超限则归一化；为前馈滤波器最大能量约束；

59、对反馈滤波器施加最小相位约束确保的根在单位圆内；其中，为变换复变量，为反馈滤波器的域传递函数。

60、可选地，步骤s5中分层功率动态分配优化的具体模型为：

61、  （22）

62、

63、其中，为层索引；为第层分配的发射功率；为第层的优先级权重，满足; 为互补误差函数，定义为；为第层信道系统综合参数，，其中为第层信道功率增益，为发送幅度缩放因子，为信息传输速率；为第层曼彻斯特编码码间干扰因子，满足；为单芯电缆总可用功率；分别为第层的最小最大允许功率；为第层在功率下的误码率；为第层要求大的误码率。

64、综上，本发明的技术效果和优点：本发明建立了一种智能完井单芯电缆分层功率分配和误码率联合优化方法；为实现井下7层注采数据传输中的码间干扰，形成了一种dfe-mlse联合均衡器+软阈值判决的自适应优化方法；直流电力载波通信采用曼彻斯特编码方式，形成一种以加权误码率最小化为目标，融合总功率、分层功率约束的梯度投影功率分配算法。通过均衡器与功率分配，在强干扰深井通信环境中，实现通信可靠性与功率的最优化。

1.智能完井单芯电缆分层功率分配和误码率联合优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的智能完井单芯电缆分层功率分配和误码率联合优化方法，其特征在于，步骤s1包括：

3.根据权利要求1所述的智能完井单芯电缆分层功率分配和误码率联合优化方法，其特征在于，步骤s2包括：

4.根据权利要求1所述的智能完井单芯电缆分层功率分配和误码率联合优化方法，其特征在于，步骤s3包括：

5.根据权利要求1所述的智能完井单芯电缆分层功率分配和误码率联合优化方法，其特征在于，步骤s4包括：

6.根据权利要求1所述的智能完井单芯电缆分层功率分配和误码率联合优化方法，其特征在于，步骤s5中分层功率动态分配优化的具体模型为：