本文關(guān)鍵詞：煤礦井下編碼協(xié)作MC-CDMA跨層自適應(yīng)無線傳輸技術(shù)研究

  更多相關(guān)文章： 煤礦井下 時頻編碼協(xié)作 MC-CDMA 自適應(yīng)功率分配 多用戶檢測 峰均功率比 聯(lián)合跨層傳輸

【摘要】：煤礦井下電磁波傳播特性復(fù)雜,影響了煤礦井下移動用戶的通信性能。但礦井巷道空間、頻率和時間資源是開放的,移動用戶采用時頻編碼協(xié)作多載波碼分多址(MC-CDMA, Multiple Carrier-Code Division Multiple Access)調(diào)制方式可易于充分且靈活地利用煤礦井下開放的空時頻資源來提高無線傳輸性能。本論文在時頻編碼協(xié)作MC-CDMA基礎(chǔ)上,分別提出自適應(yīng)功率分配、多用戶檢測、聯(lián)合跨層傳輸?shù)人惴▉磉M一步提高用戶的無線通信性能。當用戶采用MC-CDMA調(diào)制時,用戶各子信道的信道增益不同,導(dǎo)致信號到達接收端后各子載波上的接收信噪比(SNR, Signal Noise Ratio)不同。因此,文中在仿真中采用發(fā)射SNR來研究用戶誤比特率(BER, bit error rate)變化情況。由于煤礦井下信道條件較差,用戶的通信質(zhì)量不太好。為重點考察算法在用戶高誤比特率區(qū)間下的性能,仿真主要在誤比特率為(0,0.5]范圍內(nèi)進行。結(jié)果表明,用戶在高誤比特率區(qū)間下采用所提算法時的性能得到了明顯的改善。(1)為了充分利用煤礦井下有限的功率,本文研究了煤礦井下時頻編碼協(xié)作MC-CDMA無線傳輸自適應(yīng)功率分配算法。當目標用戶與協(xié)作用戶的發(fā)送功率之和為定值時,因目標用戶、協(xié)作用戶與基站間的信道增益會隨用戶位置變化而變化,在目標用戶和協(xié)作用戶間采用平均功率分配方案會造成功率資源的浪費。為充分利用有限的功率,保證目標用戶的無線通信性能,在目標用戶、協(xié)作用戶和基站處設(shè)置接收信噪比門限,目標用戶功率對總功率的功率分配比例需滿足目標用戶、協(xié)作用戶和基站的接收信噪比高于該接收信噪比門限。推導(dǎo)得出目標用戶和協(xié)作用戶間的功率分配比例。從而在用戶位置改變或總功率變化時能動態(tài)地為目標用戶和協(xié)作用戶分配功率,實現(xiàn)了功率的自適應(yīng)分配。(2)針對煤礦井下時頻編碼協(xié)作MC-CDMA無線傳輸多用戶干擾的問題,提出基于粒子群的多用戶檢測算法來減少或消除多用戶干擾。所提粒子群多用戶檢測(D-PSO, Decorrelating particle Swarm Optimization Multiuser Detection)算法在協(xié)作用戶和基站處采用粒子群尋優(yōu)算法來對解相關(guān)檢測(D-MUD, Decorrelating Multiuser Detection)的輸出結(jié)果進行優(yōu)化。該多用戶檢測算法性能優(yōu)于解相關(guān)多用戶檢測,復(fù)雜度遠遠低于最佳多用戶檢測(O-MUD, Optimum Multiuser Detection)。仿真結(jié)果表明所提解相關(guān)粒子群多用戶檢測算法在復(fù)雜相對較低時顯著提高了煤礦井下時頻編碼協(xié)作MC-CDMA網(wǎng)絡(luò)的無線傳輸性能。(3)針對MC-CDMA的高峰均功率比(PAPR, Peak to average power ratio)會引起發(fā)送信號非線性失真繼而導(dǎo)致井下無線傳輸網(wǎng)絡(luò)性能下降的問題,提出采用基于選擇映射(SLM, Selective Mapping)的子載波相位補償算法來抑制峰均功率比。為進一步改善井下無線通信系統(tǒng)的監(jiān)測性能,提出基于時頻編碼協(xié)作混合自動重傳(HARQ, Automatic Repeat reQuest)的無線網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合跨層傳輸方案。時頻編碼協(xié)作HARQ將物理層時頻編碼協(xié)作與MAC(Media Access Control)層HARQ有機結(jié)合,即協(xié)作用戶在每次重傳目標用戶數(shù)據(jù)包時按時頻編碼協(xié)作方式同時獲取編碼和分集增益。仿真結(jié)果表明,煤礦井下采用基于SLM相位補償算法的時頻編碼協(xié)作HARQ聯(lián)合跨層傳輸方案,顯著地降低了MC-CDMA調(diào)制的峰均功率比,提高了煤礦井下MC-CDMA無線傳輸網(wǎng)絡(luò)的性能。以上所提算法應(yīng)用于煤礦井下時頻編碼協(xié)作MC-CDMA無線傳輸網(wǎng)絡(luò)中可有效地改善井下信道條件較差的目標用戶的通信性能,從整體上提高井下無線傳輸網(wǎng)絡(luò)的誤比特率性能及容量,非常有利于井下生產(chǎn)的可持續(xù)性。
【關(guān)鍵詞】：煤礦井下 時頻編碼協(xié)作 MC-CDMA 自適應(yīng)功率分配 多用戶檢測 峰均功率比 聯(lián)合跨層傳輸
【學位授予單位】：北京交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TD655
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-8
• ABSTRACT8-12
• 1 引言12-22
• 1.1 研究背景及意義12-18
• 1.1.1 礦井通信系統(tǒng)概述12-13
• 1.1.2 多載波碼分多址(MC-CDMA)13-16
• 1.1.3 編碼協(xié)作通信16-18
• 1.2 MC-CDMA相關(guān)技術(shù)研究現(xiàn)狀18-21
• 1.2.1 自適應(yīng)功率分配研究現(xiàn)狀18-19
• 1.2.2 多用戶檢測研究現(xiàn)狀19-20
• 1.2.3 峰均功率比抑制研究現(xiàn)狀20
• 1.2.4 時頻編碼協(xié)作HARQ跨層傳輸研究現(xiàn)狀20-21
• 1.3 論文章節(jié)安排21-22
• 2 煤礦井下時頻編碼協(xié)作MC-CDMA基本原理22-28
• 2.1 井下信道22-25
• 2.1.1 煤礦井下電磁波傳播特性22-23
• 2.1.2 MC-CDMA子載波信道建模23-24
• 2.1.3 仿真結(jié)果24-25
• 2.2 MC-CDMA時頻編碼協(xié)作25-28
• 2.2.1 典型協(xié)作用戶選擇策略25-26
• 2.2.2 時頻編碼策略26-28
• 3 煤礦井下時頻編碼協(xié)作MC-CDMA自適應(yīng)功率分配28-40
• 3.1 系統(tǒng)模型28-30
• 3.2 自適應(yīng)功率分配方案30-33
• 3.2.1 用戶兩個時隙信號傳輸30-31
• 3.2.2 功率分配比例31-33
• 3.2.3 自適應(yīng)功率分配步驟33
• 3.3 仿真結(jié)果33-38
• 3.4 本章小結(jié)38-40
• 4 煤礦井下時頻編碼協(xié)作MC-CDMA多用戶檢測40-54
• 4.1 系統(tǒng)模型40-43
• 4.1.1 巷道模型40-41
• 4.1.2 協(xié)作傳輸模式41-43
• 4.2 MC-CDMA時頻編碼協(xié)作傳輸與功率分配43-45
• 4.2.1 目標用戶和協(xié)作用戶1個時間周期的時頻編碼協(xié)作傳輸43-44
• 4.2.2 目標用戶和協(xié)作用戶間的功率分配44-45
• 4.3 無通信網(wǎng)絡(luò)時頻編碼協(xié)作粒子群多用戶檢測45-49
• 4.3.1 協(xié)作用戶解相關(guān)粒子群多用戶檢測45-48
• 4.3.2 基站解相關(guān)粒子群多用戶檢測48
• 4.3.3 基站對兩時隙檢測結(jié)果的合并48-49
• 4.4 仿真結(jié)果49-53
• 4.5 本章小結(jié)53-54
• 5 煤礦井下MC-CDMA時頻編碼協(xié)作HARQ聯(lián)合跨層傳輸54-68
• 5.1 系統(tǒng)模型54-59
• 5.1.1 系統(tǒng)發(fā)射和接收處理過程55-56
• 5.1.2 系統(tǒng)傳輸方案56-59
• 5.2 基于SLM相位補償?shù)腗C-CDMA調(diào)制59-61
• 5.2.1 MC-CDMA峰均功率比59-60
• 5.2.2 SLM相位補償算法60-61
• 5.3 時頻編碼協(xié)作HARQ聯(lián)合跨層傳輸61-64
• 5.3.1 時頻編碼方案61-62
• 5.3.2 時頻編碼協(xié)作HARQ跨層設(shè)計62-64
• 5.4 仿真結(jié)果64-67
• 5.5 本章小結(jié)67-68
• 6 結(jié)論68-70
• 參考文獻70-74
• 作者簡歷及攻讀碩士學位期間取得的研究成果74-78
• 學位論文數(shù)據(jù)集78

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