受限空间宽带无线信道统计建模及OFDM调制技术研究

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受限空间是与自由空间相对而言的,受限空间主要包括:室内传播环境、地铁、隧道、地下商场和地下煤矿开采环境等。本文中,主要对煤矿井下巷道这一类受限空间中的电波传播特性进行了研究。近年来,我国煤矿事故频繁发生,造成重大经济损失和人员伤亡。煤矿井下需要建立灵活、可靠的预警监控通信系统,这对提高井下安全生产和抢险救灾,保障国家财产和矿工生命安全具有重要意义。准确的信道传播特性描述是建立上述可靠通信系统的基本保障。然而,目前煤矿井下并没有完善的信道传播模型。因此,本文深入研究煤矿井下巷道环境中的电波传播特性,建立井下宽带信道统计传播模型,这对于其他受限空间,如地铁、隧道等环境中的电波传播特性研究具有参考意义。此外,还根据井下无线信道的传播特点,设计了井下OFDM通信系统参数。文中主要研究了煤矿井下的噪声特点和电波传播特性。首先根据井下开采设备功率大、启动频繁的特点,分析井下噪声主要分为加性高斯白噪声和脉冲干扰。然后,研究了煤矿巷道截面尺寸、粗糙程度、倾斜角度、工作频率等对大尺度衰落传输损耗的影响。最后,研究了井下无线电波的小尺度多径传播。根据多径在井下这一特殊传播环境中的传播特点,建立了井下参数可变的Nakagami宽带信道统计传播模型,并对模型进行了仿真。仿真结果表明,在超高频,煤矿巷道信道中传播时延均方根随着载波频率的增加而增加,这些结果与已有的井下典型测量结果相一致,表明了所建模型的正确性。煤矿井下多径传播现象复杂,而OFDM调制技术通过串并变换及循环前缀技术,可以有效的抵抗多径传播带来的码间干扰,故将OFDM技术应用于井下,预期可显著改善井下无线通信系统的性能。根据本文所建立的井下宽带信道统计传播模型,优化配置了矿井巷道不同环境下的OFDM系统参数,并对系统在2.4GHz和5.8GHz这2个载波频率进行了仿真。仿真结果表明采用OFDM调制技术及优化配置的参数,在井下多径环境下显著改善井下无线通信系统的性能,并能很好的抗井下脉冲干扰。
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