自适应OFDM技术在矿井特殊环境下的应用研究

摘要

当今国内外矿井地下通信尤其是煤矿井下通信主要是依靠光纤电缆对信号进行传输，具有通信带宽大、信号损失小和通信可靠性强等特点。但同时在井下特殊环境下存在铺设和使用成本高、维护复杂的缺陷。在当今地面通信飞速发展和成熟的背景下，如何设计出一种低成本易维护且性能可靠质量较高的井下通信系统逐渐成为研究的热点。
　　本研究以近年来出现的热门的自适应技术和传统的OFDM技术结合所产生的自适应OFDM资源分配算法为理论基础，提出一种多用户条件下的OFDM调制解调系统试图有效解决井下特殊环境的通信问题。该设计方案成本低且易于实现，经过计算机仿真结果证明达到井下各类通信类型的要求。主要内容如下：⑴通过分析基于实时通信的各类自适应分配算法，以速率自适应分配算法为基础，融合当前矿井通信系统硬件的特点设计了一套通信方案。⑵针对系统基于物理层的设计方案进行计算机仿真测试，通过对系统在不同通信距离参数的调制结果比较，确定系统设计合理可行且易于实现，能够满足井下复杂环境下的各类通信要求。⑶提出的自适应OFDM调制解调系统是一种长距离宽带通信系统，目的在于解决井下有线光纤通信系统成本高、难维护的问题。同时也为井下特殊环境通信的稳定性、可靠性和速率等质量要求提供了一种实用的解决方案。对井下特殊环境下通信系统的建设发展具有促进作用。

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1 绪论

1．1 论文研究背景

1．2 矿井通信研究发展情况

1．2．1 矿井漏泄通信技术

1．2．2 矿井透地通信和感应通信

1．2．3 矿井CDMA扩频技术

1．2．4 矿井WIFI技术

1．3 论文主要工作与结构安排

2 OFDM系统基本原理

2．1 OFDM技术发展情况

2．2 OFDM数学模型

2．3 OFDM通信系统的技术介绍

2．3．1 循环前缀

2．3．2 OFDM系统中的峰值平均功率比

2．3．3 同步技术

2．3．4 信道估计

2．4 本章小结

3 自适应OFDM系统算法

3．1 边缘自适应资源分配算法

3．1．1 Wong算法及改进算法

3．1．2 余官定MA算法

3．2 速率自适应资源分配算法

3．2．1 数学模型

3．2．2 子载波和比特分配算法

3．2．3 基于信道的平均增益分配子载波

3．2．4 基于用户归一化速率约束φκ的子载波分配算法

3．2．5 基于比例公平的子载波分配算法

3．2．6 基于新的公平性权的子载波分配算法

3．2．7 功率分配算法

3．2．8 一种低复杂度的次优自适应算法

3．3 本章小结

4 基于矿井自适应OFDM调制解调方案设计

4．1 发送端调制系统设计

4．2 接收端解调系统设计

4．3 本章小结

5 自适应OFDM调制解调方案验证

5．1 单用户通信验证

5．2 多用户通信验证

5．3 本章小结

结论

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果