矿井巷道无线信道特性分析与建模仿真

发布时间：2017-04-21 08:18

  本文关键词：矿井巷道无线信道特性分析与建模仿真，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着我国经济的迅速发展和煤矿安全的迫切需要,建立高效安全的煤矿井下通信系统对保障人员安全和促进煤炭能源的发展具有十分重要的意义。煤矿井下无线信道是矿井无线通信研究的基础。分析研究煤矿井下无线信道传播特性,一直是矿井无线通信研究领域的难点。本文研究了煤矿井下无线信道特性,在此基础上分析了矿井无线信道的建模方法,最后对矿井MIMO信道建模仿真。本文的主要工作和创新如下：首先,介绍煤矿井下无线信道的研究现状,分析了无线信道衰落的主要原因以及无线信道衰落的基本形式,对后文研究矿井无线信道的基本特性以及矿井无线信道建模有重要的理论意义；其次,结合煤矿井下的实际环境,对煤矿井下无线信道特性进行了研究。首先分析了煤矿井下无线信道的一般特点并给出了研究煤矿井下无线信道的重要参数。然后,讨论了复杂因素对煤矿井下无线信道的影响。通过对不同巷道结构的仿真分析可知,圆形巷道中水平极化波模和垂直极化波模衰减率不仅与信号的传输频率有关,还与角度的变化有关,此外空拱形巷道岩石参数、相对介电常数等因素也会造成矿井无线信道能量的损耗。对矿井巷道壁粗糙度的仿真研究表明,粗糙度对矿井无线信道的接受功率和均方根时延扩展有重要影响；最后,在煤矿井下无线信道特性分析的基础上,对矿井无线信道进行建模和仿真。煤矿井下无线信道建模方法主要包括经验性建模和确定性建模。本文采用经验性建模中的Clarke模型对矿井平坦衰落信道和频率选择性衰落信道仿真分析。仿真表明矿井无线信号在平坦衰落信道中传输到达接收端接收信号的功率基本上不存在衰减,并且与信号的相位无关；矿井无线信号的小尺度衰落,其包络分布服从瑞利分布；不同路径信号在平坦衰落信道中存在时延扩展,并且不同路径信号间相互干扰现象比较严重。鉴于煤矿井下无线信道的多径衰落效应,采用了确定性建模中的几何光学方法建立了矿井MIMO信道的GBDB模型,对MIMO信道特性进行了仿真分析。基于空间相关性对信道容量衰减的影响,提出了一种改进的矿井MIMO系统,仿真表明采用智能天线技术对传统的MIMO信道进行改进,可以有效的提高信道的传输速率和信道的抗噪性。
【关键词】：矿井无线通信 矿井无线信道 信道建模 多径效应 多输入多输出
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD655.3;TP391.9
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-15
• 1 绪论15-21
• 1.1 引言15
• 1.2 研究背景及意义15-16
• 1.3 国内外研究现状与趋势16-18
• 1.3.1 煤矿矿井巷道无线通信方式及特点分析16-17
• 1.3.2 煤矿矿井巷道无线信道研究现状17-18
• 1.4 论文的主要内容与结构18-21
• 2 无线信道的基本理论21-33
• 2.1 无线信道电磁波传输方式21-25
• 2.2 无线信道的大尺度衰落25-28
• 2.2.1 路径损耗26-27
• 2.2.2 阴影衰落27-28
• 2.3 小尺度衰落和多径效应28-30
• 2.3.1 小尺度多径传播28-29
• 2.3.2 小尺度衰落类型29-30
• 2.4 本章小结30-33
• 3 煤矿井下无线信道的特性分析33-51
• 3.1 煤矿井下无线信道33-36
• 3.1.1 煤矿井下无线信道传播特点33-34
• 3.1.2 煤矿井下无线信道信号衰落统计特性34-35
• 3.1.3 矿井无线信道中信号噪声分析35-36
• 3.2 复杂因素对矿井无线信道特性的影响36-45
• 3.2.1 不同巷道结构对无线信道特性影响36-42
• 3.2.2 矿井岩层参数对无线信道的影响42-45
• 3.3 巷道壁粗糙度对煤矿井下无线信道参数的影响45-49
• 3.4 本章小结49-51
• 4 矿井无线信道的建模与仿真51-71
• 4.1 矿井无线信道的建模方法51-54
• 4.1.1 矿井无线信道确定性建模51-53
• 4.1.2 矿井无线信道的经验性建模53-54
• 4.2 煤矿井下多径衰落信道的统计模型54-56
• 4.2.1 典型的平坦衰落信道模型-Clarke模型54-55
• 4.2.2 Clarke模型的概率统计特性55-56
• 4.3 平坦衰落信道的建模与仿真56-66
• 4.3.1 平坦衰落信道的建模方法56-61
• 4.3.2 平坦衰落信道的仿真61-66
• 4.4 频率选择性信道的建模与仿真66-69
• 4.4.1 频率选择性信道的建模66-67
• 4.4.2 频率选择性信道的仿真67-69
• 4.5 本章小结69-71
• 5 煤矿井下MIMO无线信道建模与仿真71-89
• 5.1 MIMO信道评估71-74
• 5.1.1 MIMO系统模型71-72
• 5.1.2 MIMO信道模型72-74
• 5.2 矿井MIMO信道模型及空间相关性分析74-77
• 5.2.1 井下MIMO信道的GBDB模型74-76
• 5.2.2 矿井MIMO空间相关性仿真与分析76-77
• 5.3 矿井MIMO信道的容量及仿真分析77-85
• 5.3.1 随机性MIMO信道容量的分析77-79
• 5.3.2 确定性MIMO的信道容量分析79-83
• 5.3.3 具有空间相关性的井下MIMO信道容量分析83-85
• 5.4 一种改进的矿井MIMO信道容量的仿真与分析85-87
• 5.5 本章小结87-89
• 6 总结与展望89-91
• 6.1 论文总结89
• 6.2 展望89-91
• 参考文献91-95
• 致谢95-96
• 作者简介及读研期间主要科研成果96

【参考文献】

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本文编号：319941