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煤矿工作面可见光多用户语音通信系统设计与实现

发布时间:2019-05-08 14:29
【摘要】:煤矿井下安全作业离不开井下通信技术,如何实现稳定的信息传输成为重点研究的问题,利用可见光进行信息传输成为一种选择,一方面高速的可见光通信技术可以实现信息的稳定传输,另一方面利用原有工作面照明系统实现信息传输可以节省成本,此外井下相对封闭的环境可以有效的减少外界自然光的干扰,为可见光通信创造良好的环境。本文针对煤矿井下复杂多变的工作环境,提出了将可见光通信技术应用于煤矿井下工作面。首先介绍了煤矿工作面可见光通信系统的整体架构,包括煤矿工作面可见光通信系统的模型,结构以及实现方案,本文主要研究了井下工作面照明灯基站与移动节点之间的可见光通信,重点介绍了硬件电路实现。针对可见光通信通用硬件电路部分,主要包括发射端的LED驱动电路,接收端的光电二极管放大电路以及为提高系统带宽的频域均衡电路,在LED驱动电路中为提高LED的输出光功率,利用偏置树硬件电路将直流信号和传输的数字交流信号耦合后作用于LED,并设计了一种可以调节输出电压的开关型稳压电路。针对光电二极管放大电路部分,仿真分析了反馈电阻和反馈电容对电路带宽的影响,最后为了满足要求的放大增益和带宽,设计了二级放大电路。在可见光通用硬件电路的基础上设计语音信号的可见光传输系统,该部分涉及了语音信号的编码和解码。最后介绍了一种可见光通信多用户实现方案,该方案是在一路可见光语音系统的基础上利用时分复用原理实现多用户,此外提出了一种提高发射端输出光功率的解决方案。
[Abstract]:Underground safety operation can not be separated from underground communication technology, how to achieve stable information transmission has become a key research problem, using visible light for information transmission has become a choice. On the one hand, the high-speed visible light communication technology can realize the stable transmission of information, on the other hand, using the original working face lighting system to realize the information transmission can save the cost. In addition, the underground relatively closed environment can effectively reduce the interference of external natural light, and create a good environment for visible light communication. Aiming at the complicated and changeable working environment of underground coal mine, this paper puts forward the application of visible light communication technology in underground working face of coal mine. Firstly, the paper introduces the whole structure of the visible optical communication system in the coal face, including the model, structure and realization scheme of the visible optical communication system in the coal face. In this paper, the visible light communication between the base station and the mobile node in underground working face is studied, and the realization of hardware circuit is emphasized. Aiming at the general hardware circuit of visible light communication, it mainly includes the LED driving circuit at the transmitting end, the photodiode amplifying circuit at the receiving end, and the frequency domain equalization circuit to improve the bandwidth of the system. In order to improve the output power of LED in the LED drive circuit, the DC signal and the transmitted digital AC signal are coupled and acted on the LED, by using the bias tree hardware circuit. A switching voltage regulator circuit which can adjust the output voltage is designed. In the part of photodiode amplification circuit, the influence of feedback resistance and feedback capacitance on circuit bandwidth is simulated and analyzed. Finally, in order to meet the requirements of amplification gain and bandwidth, a two-stage amplifier circuit is designed. The visible light transmission system of speech signal is designed on the basis of visible light general hardware circuit. This part relates to the encoding and decoding of speech signal. Finally, a multi-user realization scheme for visible light communication is introduced, which uses time division multiplexing (TDM) principle on the basis of a visible optical voice system. In addition, a solution to improve the output power of the transmitter is proposed.
【学位授予单位】:中国矿业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TN929.1

【参考文献】

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本文编号:2471983

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