信 息ｌ科ｆ学 科 ＭＩＭＯ系统中信道估计技术 吴勇军林云 （重庆邮电大学，重庆４０００６５） 摘要：由于ＭＩＭＯ信道相对于ＳＩＳＯ信道的复杂性，实现ＭＩＭＯ传输系统的主要困难之一就是ＭＩＭＯ信道估计。因此，对其进行充分的研 究，对设计合理的ＭＩＭＯ传输方案是非常关键的。重点研究了平坦衰落条件下的ＭＩＭＯ信道估计技术。 关键词：ＭＩＭＯ；信道估计；平坦衰落 ｌ概述 间上的正交性时，上述方法均可推广应用于 Ｈ的ＭＭＳＥ估计。 目前，在无线通信传输理论和技术领域， ＭＩＭＯ平坦衰落情形下的信道估计。 假设不同收发天线之间的信道系数 ． 为 ＭＩＭＯ做为未来宽带无线通信系统的框架技术 ２．２．１最小二乘（Ｌｓ）信道估计算法 ０均值、方差为 的复高斯随机变量，当接收 之一，有着巨大的潜力和发展前景。ＭＩＭＯ系统 最小二乘（Ｌｓ）信道估计算法适用于线性观 端获知信道系数相关矩阵 以及噪声功率 不同于现有的单天线系统和智能天线系统，其 测模型，其不需要待估计量和观测数据的任何 时，可以得到西 ： 系统组成由图１所示。 概率和统计特性方面的描述，把估计问题作为 台一： ｆ 如Ｐ＋ 帆ｒＰ ‘ ／ ）＿ ｝＼ 确定性的最优化问题来处理。假设一个发送帧 内第ｊ个发射天线（Ｊ＝１，２，Ｌ，ｍ）上的训练序 ２．２．４基于叠加训练序列的信道估计算法 ｘ（Ｏ／ （ｆ ｙ （ｆ）＼ 列为 ＝ＪＰｊ（１），ｐｊ（２），Ｌ， ，（厶） ｌ，有用数据符号个 叠加训练序列的方法将用户信息序列与 数为Ｌｎ，那么根据式（１），在训练期间内的接收 周期训练序列进行叠加，然后再发送。在接收 信号就可以表示成为矩阵的形式： 端，利用训练序列的周期性，构造一阶统计量对 ｃ （ｆ／ ＝ＨＰ＋ （２） 信道信息进行估计。这种方法无需为训练序列 如果训练符号与数据符号的周期同为 ， 分配时隙，因此不会带来额外的带宽损失；基于 图１ ＭＩＭ０系统组成图 那么根据信道在一帧保持准静态的假设，可以 一阶统计量，估计的收敛速度明显提高。而其所 ＭＩＭＯ通信系统中的无线传输信道，是一 认为在（厶＋Ｌ力） 的时间内保持不变。 需的代价就是发送信号的能量有所增加。 个时变的多径衰落信道，发送的数据将会经历 采用ＬＳ方法进行信道估计的代价函数为： 考虑图１所示ＭＩＭＯ系统，发送天线数为 信道衰落，为了使发送的数据能够在接收端被 （ ）＝ 一－ｐｌｌ； Ｍ，接收天线数为Ｎ。设系统的冲击响应矩阵为 正确的接收恢复，信道的衰落影响应该得到合 Ｈ ｆｎ】，输入的序列由用户信息序列和训练序列 理的补偿。这就需要在接收端使用信道估计来 使式（３）所示的代价函数达到最小的就是Ｈ 叠加而成，即ｘ（ｎ）＝ｓ（ｎ）＋ｃ（ｎ），其中Ｈ（ｎ） 获得信道衰落信息。信道估计技术是提高无线 的ＬＳ估计，也即：将公式（３）对求Ｈ偏导并令其 是Ｎ ＸＭ维矩阵，ｘ（ｎ）、ｓ（ｎ）和ｃ（ｎ）均为Ｍ维 数据传输接收性能的关键技术之一。 等于０，可以求得Ｈ的Ｌｓ估计值： 列向量。系统的输出为： ２平坦衰落ＭＩＭＯ系统的信道估计技术 Ａ ，， ，， ． ２．１平坦衰落ＭＩＭＯ系统的信道模型 Ｈ船＝ Ｐ＋＝ （Ｐ ）～ ｙ ）＝Ｈ（ｎ）×ｘ ）＋ｗ（ｎ）＝∑Ｈ ）ｘ 一ｔ）＋ｗ（ｎ） 平坦衰落的ＭＩＭＯ信道可以看作是频率 其中，Ｐ ＝ （ｐｐ＂）－１为Ｐ的伪逆。这里 ＝选择性衰落ＭＩＭＯ信道的一种特例，即信道中 值得注意的是，为了保证矩阵能够求逆，训练矩 ∑日（ ） 一 ）＋∑Ｈ ）ｃ（ｎ一 ）＋ｗ ） （１Ｏ） 只有一条可分辨径，Ｌ＝Ｉ，则相应的平坦衰落情 阵Ｐ必须是行满秩的。 其中：Ｎ维列向量Ｙ（ｎ】、ｗ（ｎ）分别是接收 形下的ＭＩＭＯ系统的信号模型就可以表示为： ２．２．２最大似然（ＭＬ】信道估计算法 信号矢量和观测噪声矢量；Ｌ是信道的阶数。在 Ｙ（ｋ）＝ＨＸ（ｋ）＋ （ ）假设考察时间内发射端 ＭＬ估计适用于非随机参数或者未知先验 对以上ＭＩＭＯ模型做进一步分析之前，先做如 所发送信号的长度为ｋ，则考察时间内的发送 分布的参数估计。采用前面所述的系统模型， 下的假设：ａ．接收端的噪声为加性白色噪声 信号可以表示成ｍｘ厶发送信号矩阵ｘ： 若要对Ｈ进行最大似然估计，可以先得到最大 （ＡＷＧＮ）；ｂ．用户信息序列具有零均值．ｃ．训练 ｘ＝ｌｘ（ｋ＋１），ｘ（ｋ＋２），Ｌ，ｘ（ｋ＋ ）ｌ＝ 似然估计的性能函数ｐ（ＹｄＨ）或者 序列具有周期Ｔ，即ｃ（ｎ）＝ｃ（ｎ＋ｍ。 ｌｎ（ｐ（ ／日）），通常采用后一种对数似然函数， 令 ｆｍ）＝Ｖ（ｍ＋ｉＴ），ｍ＝０，１…，Ｔ—ｌ贝０ ｌＩ Ｘｌ（ｋ＋１）Ｋ五（Ｄ Ｍ Ｉ尼＋Ｌｏ）Ｉ 则Ｈ的ＭＬ估计解白 可以表达为： 研 （ｍ）】＝Ｅ［Ｙ（ｍ＋ｉＴ）Ｉ＝∑Ｈ（ｋ）Ｃ（ｍ＋ｉＴ一 ）…、 Ｈ，ｖｔ＝ｍａｘｐ（Ｙ／Ｈ） ｒ 【 （尼＋１）Ｌ （ ＋ ）Ｊ 取观测数据窗口的长度ｙＣｖ， ｐＴ，则 当噪声为复高斯噪声，日 可以转化为： ｌ （ｎ＋ｉＴ） （ｎ＋ｉＴ＋１） Ｙｌ（ｎ＋ｉＴ＋Ｔ一１）ｌ 相应的，考察时间内接收端所接收到的信 ＨＭｚ＝ｍａｘｌ一（ ＨＰ） Ｒ （ 一—ＨＰ）｝ （６） （ｎ＋ｉＴ）＝ｌ ｒ） ＋．ｉＴ＋ ） ｙ２（”＋誓＋Ｔ－１）１ 号也可以表示为ｎｘ 的接收信号矩阵Ｙ： 其中Ｒ，为噪声的协方差矩阵。 ‘ ｌ ： ： ‘‘ ： ｊ Ｙ＝】ｙ（ｋ＋１），ｙ（ｋ＋２），Ｌ，ｙ（ｋ＋Ｌｏ）ｌ： ｝ （ｎ＋ｔＴ） （ｎ＋ｔＴ＋１）… （ｎ＋ｔＴ＋Ｔ一１）ＪＭ 将式ｆ６）对待估量Ｈ求偏导并令之等于零， ＝Ｉ （ｏ）Ｈ（１）…Ｈ（Ｌ一１）］ Ｉｌ Ｙ１（ｋＭ Ｄ＋１）Ｋ Ｍ Ｉ Ｙ１（ｋ＋Ｌｏ）ｌ 就可以估计出相应的 …，由于噪声为０均值 的复高斯白噪声，因此可以化简求得 ： ｆ Ｃ（ｎ＋ｉＴ） Ｃ（ｎ＋ｉＴ＋１） ｃ ＋ｉＴ＋Ｔ—１）ｉ —ｌ｝Ｃ（ ｎ＋ｉＡ 【Ｙ （庀＋１）Ｌ Ｙ （ ＋Ｌ０）Ｊ ； Ｔ一１） Ｃ（ｎ＋ｉ； Ｔ） 。． Ｃ（ｎ＋ｔＴ＋ｒ一２； ）ｌＩ Ｈ 一 Ｐ （ＰＰ ）～ （７） ｃ ＋ ’一上＋１）ｃ（ ＋ｌ了’一Ｌ＋２）…Ｃ（ｎ＋ｔＴ＋ｒ一上）ｌ￡ 汀 这样，考察时间内的接收信号就可以表示 ２．２．３最小均方误差（ＭＭＳＥ）信道估计算法 考虑到训练序列的周期性，在接收端和发 成为矩阵的形式：Ｙ＝／－／Ｘ＋ （１） 对信道系数矩阵Ｈ进行ＭＭＳＥ估计，仍 送端保持同步的情况下（ｎ＝ａＴ），有 式中，ｖ为ｎｘ＆噪声矩阵，其元素是时间 然是通过最小化ＭＭＳＥ估计的代价函数来得 ｌ Ｃ（０） Ｃ（１） …Ｃ（Ｔ一１）１ 和空间上均相互的零均值，方差为 ？的 到，最小均方误差估计的代价函数如下所示： １ Ｃ 一１） Ｃ（０） …Ｃ（Ｔ一２）ｌ 复高斯随机变量。 ２．２平坦衰落ＭＩＭＯ信道的估计方法 ｌｌ＾ ｌ ｌｌ ： ： ． ．： ｆ ｃ＾ｎ （Ｈ）＝ Ｈ一 ｝ （８） ＩＣ（Ｔ—Ｌ＋１）Ｃ（Ｔ—Ｌ＋２） －・Ｃ（Ｔ—Ｌ）Ｉ ＳＩＳＯ系统中常用的信道估计方法当不同 ｌ ｌ可见，Ａ是由训练序列｛ｃ（ｎ）｝ 所形成的 发射天线的训练泡括导频）序列设计为满足空 使式（８）所示的代价函数达到最小的就是 ＬＭＸＴ维分块Ｔｏｅｐｌｉｔｚ矩 （下转４０页） 一８９— 科 科ｌ技ｌ论Ｉ坛 骆毅一李智敏 张智春‘ 垦利油田防偏磨工艺配套技术应用与管理 （１、中国石化胜利油田分公司孤岛采油厂，山东东营２５７２３１ ２、中国石化胜利油田分公司孤东采油厂，山东东营２５７２３７） 摘要：垦利油田位于黄河岸边，属于典型的复杂断块油田，油藏埋深大，地面情况复杂，深斜井较多，多采用机械式抽油机采油，偏磨问题十分 严重，对油田防偏磨工艺配套技术应用及管理进行调研，对下步油田开发、采油工艺的完善和指导很有必要。 关键词：斜井；偏磨；油田开发 １油田概况及偏磨问题 月作业起出管柱后发现，该井６分抽油杆自泵 上调冲程，下调冲次，减轻管杆磨损程度。目前 垦利油田是孤岛采油厂所辖的外围油田， 上第１５根处磨脱，在第ｌ５—２８根、４３—５８根磨 在油井作业方案发放时，均要求先对管柱和生 相隔于黄河南岸，构造上处于垦利断裂带中段， 损比较严重，部分接箍母扣磨穿，露出公扣，查 产参数进行优化，而后实施作业。 油区分散，有垦利老区、垦９０、垦９５和富林 ６分抽油杆共６５根出现偏磨现象，而上部７分 ２．５自主研发防偏磨工具 断块四个开发区块，包含小断块达１８个，含油 抽油杆因每隔１Ｏ根有一抗磨副，未发现磨损。 鉴于垦利油田抽油机井抽油杆偏磨和偏 面积１４．３ Ｋｍ２，地质储量２７９４ Ｘ ｌｏ１吨，可采 完井继续下防偏磨副抽油杆ｌ５根，并下１４５个 磨＋腐蚀的情况，尤其斜井的侧向偏磨严重的 防偏磨节箍，达到全井防偏磨治理，目前生产正 特点，自主研发和改进抽油杆旋转抗磨减载装 储量８５６ Ｘ １０４吨。油藏类型多，含地层不整合、 置，该类型抽油杆旋转器的主要原理是靠抽油 断鼻构造、断块构造以及构造一岩性等多种油 常，效果显著。 ２．３对泵较深井采用铆定，减少 机运转作为动力，带动抽油杆旋转，将杆管之间 气藏。 垦利油田是一个低饱和轻质稀油油田，原 蠕动 的线磨擦变为３６０。的面摩擦，从而延长油井 油性质好。原油具有密度低，黏度低，饱和压力 经对垦利油田作业和生产资料整理研究 免修期。因工具处于试验阶段，工具有待改良， 在油井作业时，若泵深超过１０００米，均采 适用性有待测评。 低，凝固点中等的特征。油藏水型主要为碳酸氢 总结，３结论及认识 钠型，油藏油层温度８０到１２０￣Ｃ不等，地层压 用固定的方式，来减少因伸长造成偏 力系数１．０左右，为常温、常压油藏。含油层系 磨，具体有两种方式，一种是采用铆，一种 从管理维护和应用效果来比较，“连续抽 多、井段长，１６６０～２８１０米都有沙河街油层发 是下支撑封，在下支撑封时，根据泵径的不同， 油杆＋碳锆”效果最好，但考虑投入和作业 下支撑封的位置也不相同，４４ｍｍ泵以下的，支 维护成本高，偏磨严重井可以考虑，不能大面积 育。 断块由于地质储量小、地质条件复杂、注 撑封下在泵上第一根处，５６ｍｍ泵以上的， 应用，防偏磨结箍应用具有灵活性，成本易控， 采井网完善程度差、边远零散，部分断块仍然依 支撑封下在尾管倒数第二根处，这样既避免座 需要配套工艺和管理方面的支持，在目前是值 靠天然能量生产，其余水驱断块的注采系统因 封时造成泵体拉长变细，又能减少蠕动，实 得推广，可广泛应用。 、 防偏磨工艺技术、新工具的引进和使用， 注水先天不足或注水不见效，导致油层供液能 际应用中取得了明显效果。 力越来越差，泵挂越来越深，导致低产低液井增 ２－４管柱和生产参数的优化 效果的彰显，成本的控制，合理的开发，离不开 多，供液差成了普遍现象。目前主要采用驴头式 因对地层认识等方面的原因，造成泵径、 配套技术和管理方面的保障，因此应继续加强 抽油机开采，泵挂因各井具体情况而定，从８００ 泵深、尾深符合程度差，借助于计算机优化软 这一方面的研究和优化工作，保持较好的管理 及时对管柱进行优化，达到既减轻抽油机负 方法，推广最佳的工艺技术，从工艺和管理方面 米到１８００米都有，平均泵深１４５０米，加之黄河 件，下游的地理环境影响，地面情况复杂多样，因而 荷，又减轻因管杆伸长、蠕动造成的偏磨。同时 同时降低和消除偏磨带来的危害。 油井为斜井的居多，尤其是新井，是典型的深斜 根据地层供液能力、生产管理、抽油机情况，本 井开采区，深斜井造成的偏磨问题日益严重。仅 着长冲程、慢冲次的原则，对抽油机地面工作参 ２００６年偏磨导致作业井次达到该油田年维护 数进行优化，在液量不减、产量不降的情况下， 作业总井次的３６．５％，作业费用及其材料、维修 费用庞大，这些数据表明，加强防偏磨治理工 作，优选新工艺配套技术已刻不容缓。 （上接８９页） 阵，且Ｅ【 （ ＋ｉＴ）Ｊ与ｉ无 择性信道的估计成熟得多。因此在某些条件下 ２防偏磨治理及效果 关。将Ｅ ＋ ｒ）】关于ｉ累加求平均，可得 将平坦衰落情况下采用的信道估计方法推广运 针对垦利油田油井偏磨特点，２００７年以 用于频率选择性信道，这将是下一步要解决的 来，采用的方法和工艺多种多样，主要分地面 ｉ＝Ｏ ｌ Ｉ＝０ Ｉ 问题。 （校机对中、拉井口、防偏磨井口、井口旋转器） 参考文献 ）是Ｅ【 ＋汀）】的无偏估 ［和井简管柱（锚定、防偏磨管杆、扶正器、支 显然去∑ ＋ｆ１】李道本．信号的统计检测与估计理论【Ｍ］．北 撑封、加重杆、连续杆）两个方面相结合，进行综 计。当Ｐ比较大时，有下式成立：京：北京邮电大学出版社，１９９３． 董啦（ 丁）】＝ 训 ＨＡ合治理。 ２．Ｉ连续抽油杆技术 “连续抽油杆＋碳锆”是２００７年开 在Ｔ≥ＪＬ肘且分块Ｔｏｅｐｌｉｔｚ阵Ａ行满秩的 始在垦利油田应用的。首选检泵周期只有３、４ 个月的３口井，实施了连续杆＋碳锆工艺 条件下，信道参数Ｈ可以用最小二乘方法加以 估计，即： 技术。实施后，１口井正常生产了７Ｏ天，另两口 油井达到１５０天的，收到良好效果。 吉∑ （ ＋ｊ ）： ［２】李元杰，杨绿溪，何振亚．基于训练序列的 ＭＩＭ０信道估计『Ｊ］．通信学报，２００６． ＝２．２下防偏磨结箍和防偏磨副 对于偏磨严重井的井，在对、抽油杆 ｆ吉∑ ＋‘ ）ＪＡ （ＡＡ ）～ｆ１２、 ｆ＝Ｏ ， 结束语 研究了ＭＩＭＯ通信系统中的关键技术之 更换的基础上，采取下防偏磨抽油杆接箍的办 信道估计技术。重点介绍了平坦衰落条 法，２００７年先后在１２口井的偏磨井段使用防 偏磨节箍，全年下防偏磨接箍６００个左右。 件下的ＭＩＭＯ信道估计技术。然而在实际的无 ２００８年以来，使用和更换偏磨接箍近千 线通信系统中更为常见的是频率选择性信道，一——『３］王中鹏，张少中．平坦信道下的ＭＩＭＯ信道估 计误差分析Ⅲ．电讯技术，２００８． 作者简介：昊勇军（１９８３～），男，安徽巢湖 人，重庆邮电大学硕士研究生。主要研究方向为 移动通信技术。 林云（１９６８一），男，四川人，博士，副教授。 主要研究方向为移动通信技术。 个，其中Ｆｌ１２井是Ｏ７年投产的一口井，采用 其信道估计远比平坦衰落的情形复杂，但是在 ３８ｒａｍ杆式泵１８００米泵挂生产，于２００８年２ 理论研究中，平坦衰落信道的估计要比频率选 一４０—
