Anwendung der neuesten Mobilfunktechniken auf akustische Wellen zur Verbesserung der Kommunikation in der Tiefbohrtechnik

Der untertägige Einsatz hochauflösender seismischer Methoden zur zielgenauen Steuerung der Bohrrichtung erfordert erhöhte Datenübertragungsraten nach Übertage. Da mit der verbreiteten Mud-Pulse-Technik jedoch nur wenige Bits pro Sekunde übertragen werden können, soll ein neuer Ansatz weitaus höhere Datenraten ermöglichen. Akustische Wellen werden mit einem magnetostriktiven Aktuator auf dem Bohrstrang erzeugt und am anderen Ende mit Piezosensoren empfangen. Der Frequenzgang des Übertragungskanals weist viele Durchlass- und Sperrbereiche auf. Daher wird adaptive OFDM (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing) Übertragungstechnik eingesetzt, ähnlich wie im neuen Mobilfunk-standard LTE (Long Term Evolution). Der Beitrag berichtet über erste praktische Versuche, wofür der LTE Standard modifiziert wurde. Durch eine 1000-fach geringere Taktrate, Verschieben des Trägers zu 0 Hz und eine Spiegelfunktion wird ein reell-wertiges OFDM-Signal mit einer Bandbreite von 10 kHz erzeugt. Der Empfänger vermisst den Frequenzgang des Kanals und informiert den Sender darüber. Die Daten werden dann immer nur auf den Durchlassbereichen gesendet. Dadurch wird die jeweils maximal mögliche Datenrate weitgehend fehlerfrei realisiert. In ersten Experimenten über ein 4,5 m langes Bohrgestänge wurden Datenraten von mehr als 4,5 kbit/s erzielt. In einem weiteren Versuchsaufbau über ein 55 m (9 mal 6,1 m) langes, horizontal aufliegend gelagertes Bohrgestänge konnten 3,1 kbit/s übertragen werden. Die Bitfehlerrate war dabei jeweils kleiner als 1%.

• Multi-carrier Systems
• Signal Processing

Jungnickel_DGMK_2012.pdf (1.6 MB)

@inproceedings{JEKKMGGJJKMWRS12adnm,
   author          = "V. Jungnickel and M. A. Gutierrez Estevez and K. A. Krüger and U. Krüger and K. Manolakis and R. Giese and M. Groh and K. Jaksch and A. Jurczyk and K. Krüger and S. Mikulla and S. Weisheit and M. Reich and M. Sohmer", 
   title           = "{Anwendung der neuesten Mobilfunktechniken auf akustische Wellen zur Verbesserung der Kommunikation in der Tiefbohrtechnik}", 
   booktitle       = "{Proc. DGMK/ÖGEW-Frühjahrstagung 2012, Fachbereich Aufsuchung und Gewinnung Celle, 19./20. April 2012}", 
   publisher       = "DGMK", 
   month           = "April", 
   year            = "2012", 
   pages           = "1-10", 
   note            = "pdf available", 
}