矿井巷道时频编码协作MC-CDMA信道估计

对于矿井巷道时频编码协作MC-CDMA上行传输,为使基站能准确恢复各用户发送的信息,需要获得基站与各用户之间准确的信道信息。为此,提出了一种基于DFT的矿井巷道时频编码协作MC-CDMA上行多用户信道估计算法,对用户每个MC-CDMA子载波对应的信道增益进行估计。算法通过为每个用户分配同一频域导频序列的不同时延副本作为导频信号,实现了区分不同用户时域冲激响应的目的。进而通过DFT运算,得到了各子载波上每个用户对应的信道增益。所提出的算法在充分利用有限导频资源的同时,还能避免复杂的矩阵运算。此外,还通过为每个用户的时域冲激响应选取有效径,忽略那些包含噪声成分大于信道响应成分的无效径,优化了所提出的信道估计算法,实现了提高信道估计准确性的目的。仿真结果表明,采用所提出的基于DFT的矿井巷道时频编码协作MC-CDMA上行信道估计算法,系统的误码率性能明显优于采用LS信道估计算法的误码率性能,接近采用ML信道估计算法的误码率性能。     

矿井巷道时频编码协作MC-CDMA自适应功率分配

矿井巷道时频编码协作MC-CDMA无线传输当目标用户与协作伙伴的发送功率之和为定值时,因目标用户、协作伙伴与基站间的信道增益会随用户位置变化而变化,在目标用户和协作伙伴间采用等功率分配方案会造成功率资源的浪费。为充分利用有限的功率,保证目标用户的无线通信性能,在目标用户、协作伙伴和基站处设置接收信噪比门限,目标用户功率对总功率的功率分配比例ρ需满足目标用户、协作伙伴和基站接收的信噪比高于该接收信噪比门限。推导出了矿井巷道时频编码协作MC-CDMA功率分配比例范围,并取分配比例范围的中间值作为目标用户与协作伙伴之间的功率分配比例。推导结果显示,功率分配比例随总功率和平均信道增益变化而变化,从而在用户位置改变或总功率变化时能动态地为目标用户和协作伙伴分配功率,实现了功率的自适应分配。仿真结果表明,与等功率分配方案相比,无论是目标用户位置变化还是总功率变化,采用所提出的自适应功率分配方案显著地减小了矿井巷道时频编码协作MC-CDMA目标用户误比特率性能。     

矿井巷道时频编码协作MC-CDMA无线传输

相比于地面无线信道,矿井巷道无线信道多径衰落更加严重,严重影响了煤矿井下无线通信系统的性能。高效综合地利用煤矿井下通信系统的空间、时间和频率等各种资源,可以使煤矿井下无线通信系统的无线覆盖性能、容量和速率等得到显著地提高。在煤矿井下无线传输信道与带状受限空间结构的条件下,提出了在上行链路中采用协作分集的多载波码分多址(MC-CDMA)无线传输方案。设计了方案的时频编码协作协议,推导了方案的信道容量公式,并对误比特率进行了蒙特卡洛仿真。理论分析和仿真结果表明,采用所提出的矿井巷道时频编码协作MC-CDMA无线传输方案和时频编码协作协议,通过信道状况较好与较差用户间的协作,显著提高了系统中信道状况较差用户的信道容量和误码率性能,从而增强了井下无线通信系统信道容量的鲁棒性和通信的可靠性,使井下无线通信系统的性能得到显著改善。     

典型频域扩频多载波CDMA调制在矿井巷道信道下的性能分析

基于所建立的Nakagami分布矿井巷道宽带统计分段信道模型,仿真分析了典型频域扩频多载波码分多址接入（MC-CDMA）调制技术在矿井巷道中的宽带无线通信性能。依据在空直巷道和弯曲巷道中无线信号传输的均方根时延扩展情况,设计了MC-CDMA系统参数所需要满足的约束条件以使各子载波信号经历非频率选择性衰落。仿真研究了在矿井空直巷道和弯曲巷道条件下,载波频率为18 GHz和24 GHz的矿井典型MC-CDMA调制在脉冲干扰和多普勒频移下的误码率性能。仿真结果表明：在矿井空直巷道下即使存在脉冲干扰或多普勒频移,当信噪比超过一个较小的值,矿井典型MC-CDMA系统仍有较好的误码率性能;在矿井弯曲巷道下无论是否存在多普勒频移或脉冲干扰,要保持矿井典型MC-CDMA系统有可接受的误码率性能,信噪比需要保持一个较大的值。     

矿井巷道综合衰减模型与无线传输误码率性能综合比较

根据矿井巷道环境中大尺度衰减与小尺度衰减对无线信号传输的影响,提出了矿井巷道综合衰减模型。在矿井巷道环境下,通过将无线信号衰减的理论分析结果与基于模型的测试数据进行比较,验证了该模型的准确性。基于该模型,采用距离度量的方法比较研究了多载波码分多址（MC-CDMA）、正交频分复用（OFDM）等无线传输技术在巷道环境中的误码率性能。仿真结果表明：以MC-CDMA为代表的扩频调制传输技术在近距离通信时的误码率性能较好,而OFDM则在远距离通信中表现出较强的抗衰减特性。     

矿井巷道无线信道特征分析与调制技术研究

为了建立安全高效的井下无线通信系统,通过试验分析井下巷道特征,根据信道脉冲响应幅度和相位以及多径分量和传输距离的关系测量结果,建立矿井信道统计模型。基于该模型,笔者研究了在2.4 GHz频段下,直接序列扩频码分多址接入(DS-CDMA)、多载波直接序列扩频码分多址接入(MC-DS-CDMA)和正交频分复用(OFDM)调制技术在矿井巷道中的参数选取,仿真对比各种调制技术对矿井巷道无线通信系统性能影响。试验分析和仿真结果表明,发送天线和接收天线的相对位置以及传播时延,对信道模型的准确创建提供了参考依据;采用OFDM技术能够在一定数据速率的基础上尽可能增加通信距离。     

DS-CDMA调制技术在矿井巷道中的通信性能分析

提出适合于矿井巷道信道特点的高效无线调制技术,根据沿矿井巷道宽带无线电波传播时延及所建立的基于Nakagami分布的矿井巷道宽带统计分段信道模型,研究了在1.8 GHz和2.4 GHz这2个典型UHF频段下直接序列扩频码分多址接入(DS-CDMA)调制技术在矿井巷道中的宽带无线通信性能.矿井DS-CDMA通信系统可有效地利用多径信号提高系统的性能.如在相同的矿井巷道环境下,2.4 GHz的系统可分离的信号多径数多,使其误码率性能优于1.8 GHz的系统.多普勒频移和脉冲干扰对矿井DS-CDMA通信系统误码率性能有很大影响.当多普勒频移和脉冲干扰很大时,系统的误码率性能下降严重,2.4 GHz系统的误码率性能可能劣于1.8 GHz系统.     

工作面无线视频传输系统

为了改善矿井的安全水平,采用基于达芬奇技术的TMS320DM6446视频采集处理器对视频进行采集和压缩,根据H.264标准进行视频编码,根据煤矿巷道工作环境,采用有线和无线结合的传输方式,并应用802.11G协议、2.4G频段上定向天线视频无线传输方式,改善系统传输信道的抗干扰和可靠性,设计并实现了采煤机视频传输系统.     

类矩形矿井巷道中UHF宽带电磁波统计信道建模

从信道统计建模的角度,对类矩形矿井巷道中UHF频段宽带电磁波大尺度传播损耗和小尺度多径信号统计特性进行了分析,建立了基于Nakagami分布的类矩形巷道宽带统计分段信道模型．利用所建立的信道模型,对900,1 800,2 400 MHz这3个典型UHF频段电磁波在类矩形巷道中的宽带信道统计特性进行了仿真．结果表明,在相同的传输距离下,载波频率增加,大尺度传播损耗增大,且在巷道弯曲或分支处大尺度传播损耗显著增大;参照收发信机在巷道中的相对位置以及载波频率的不同,小尺度多径延迟扩展可能表现出不同的变化特性．     

自适应OFDM算法在矿井无线通信中的应用研究

为进一步提高煤矿井下通信系统传输信息的效率,介绍OFDM和自适应OFDM技术,讨论OFDM的系统结构和性能。在此基础上提出了一种自适应OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)系统。在信道状况完全已知的假设下,设计了能根据信道特征动态改变其比特和功率分配的自适应OFDM算法。通过对煤矿井下无线信道特征的分析,建立了信道模型,并通过仿真检验了将自适应OFDM技术应用到煤矿井下进行无线数据传输的可行性。     

矿井应急救援WMN修正分级信道分配策略

针对矿井应急救援无线Mesh网络，提出了一种修正分级信道分配策略。为满足矿井应急救援WMN对实时性与稳定性的需求，兼顾其长距离中继传输的通信特点，该策略采用了分布式静态信道分配方式，并针对应急救援网络链路带宽需求分布不平衡的特点，采用了基于链路预期负载的信道分配优先级机制。该机制根据数据流的网关汇聚性，利用链路距离网关的跳数，反比计算出链路的预期负载。仿真结果证明采用所提信道分配策略的矿井应急救援WMN传输性能稳定，具有较好的网络容量，且其业务传输的实时性得到了有效提高。     

Constructing of wireless emergency communication system for underground coal mine based on WMN technology

Based on the Wireless Mesh Network (WMN), a wireless emergency communication system for underground coal mine which was designed to be capable of video surveillance, voice communication, and environment monitoring at the same time was proposed. The network architecture of the system was proposed, and its service model, extensible technology, medium access control, routing algorithm, channel allocation and system management technologies were analyzed according to the actual rescue requirements of underground coal mine and the characteristics of underground spatial structure and radio transmissions. The relevant theories and key technologies were extracted, which would provide theoretical support for the system development.     

矿山动态协同作业场景无线通信关键技术

随着智能化装备和工业机器人技术的发展,矿山开采过程逐渐趋向无人/少人化,亟需解决数据的高效连续传输问题,如矿山动态协同作业场景下大量的数据采集和传输、多样的用户设备接入以及低时延的控制操作等。深入剖析了矿山动态协同作业场景的通信技术需求、矿山无线通信技术的应用现状与发展趋势,分析了当前矿山无线通信的关键技术瓶颈、相关解决方案及其应用效果。得出分布式多源、多目标动态业务的激增及其并发式的传输是矿山高可靠、低时延多业务交互协同网络所面临的最大问题。如何利用矿山用户、设备群体的协同作业特点和对应的动态业务属性,有针对性地对通信网络的物理信道、物理资源进行管理和分配,则是从根本上有效优化网络可靠性,提高传输效率的关键。为此,提出了多业务属性驱动的矿山动态协同作业场景无线通信模式:在提取矿山非高斯脉冲干扰特征及无线信道空-时-频域统计特性的基础上,面向作业场景深入挖掘业务特性与物理层传输的内在关联,利用超图匹配、图论、博弈论、非正交多址接入等方法,从信道-链路-业务快速多维匹配的角度解决多用户协同交互传输通信链路和信道的匹配、多跳用户链路匹配、多业务QoS要求与链路匹配等快速匹配问题。     

基于神经网络的井下频谱合作感知

针对煤矿安全生产中无线通信的瓶颈问题,指出认知无线电中的单节点频谱感知不能适应井下的多径衰落和噪声等问题,提出把多节点合作感知应用到煤矿井下;煤矿井下的环境参数多变,结合具有适应能力强的神经网络,讨论基于神经网络的合作频谱感知模型设计思路,通过MATLAB仿真验证,检测性能优于AND,OR准则。     

煤矿井下作业人员实时安全状态监测系统设计

井下作业人员安全状态依托计算机无线网络监控系统的开发,主要包括传输协议的选择、数据库程序的调用、数据显示和自动化实现等步骤。通过TD-SCDMA协议实现快速通信传输,还可以传输语音和数据文件,选择TD-SCDMA协议作为无线传感器网络的传输协议。在MATLAB仿真软件的基础上,开发了Java Script程序,实现了无线传感器网络技术的安全监督自动化过程。 最后,以井下人体安全姿态检测为例,利用VC++软件对人体状态监测程序进行了数值模拟实验。 通过软件窗口显示矿井安全异常时得到的人体状态的异常监测曲线,为矿井人员安全和正常工作提供了保障。     

基于单片机技术的煤矿安全监测无线通讯节点设计

在煤矿安全监测系统中,简单、稳定的通讯传输网络是一个重要的组成部分。基于实际需要,结合现场情况,利用无线通讯节点能够通过自组织的方式构成无线传输网络、进行自我组织通信信道的特点,采用单片机技术设计实现无线通讯网络对井下移动设备的监控数据信息进行无线中继传输。经实际验证表明,该通讯节点的应用效果良好,达到了设计要求。     

煤矿井下基于射线跟踪法的信道建模研究

煤矿井下环境复杂,影响电磁波传播的因素较多,本文采用射线跟踪法对煤矿井下的信道模型进行研究。首先,假设井下传输环境为空直巷道,分析电磁波波模理论并运用镜像法建立矿井无线信道模型;其次,将场景因素造成的损耗用公式表达,另外的不可量化因素造成的损耗,用仿真场强值与实测场强值之间的差值来表示。通过空直巷道射线跟踪法结合各种因素造成的损耗来完成在煤矿井下的信道建模,并用最小二乘法对仿真曲线进行拟合,得到井下信道模型的数学表达式。实验仿真及实测结果表明,本文的理论研究与分析具有可靠性,所建立模型能够与实测数据较好的匹配,为煤矿井下无线通信奠定基础。