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

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【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(dòng)用戶的通信性能。但礦井巷道空間、頻率和時(shí)間資源是開放的,移動(dòng)用戶采用時(shí)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(shí)頻資源來(lái)提高無(wú)線傳輸性能。本論文在時(shí)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(cè)、聯(lián)合跨層傳輸?shù)人惴▉?lái)進(jìn)一步提高用戶的無(wú)線通信性能。當(dāng)用戶采用MC-CDMA調(diào)制時(shí),用戶各子信道的信道增益不同,導(dǎo)致信號(hào)到達(dá)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(lái)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(diǎn)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(jìn)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(shí)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(shí)頻編碼協(xié)作MC-CDMA無(wú)線傳輸自適應(yīng)功率分配算法。當(dāng)目標(biāo)用戶與協(xié)作用戶的發(fā)送功率之和為定值時(shí),因目標(biāo)用戶、協(xié)作用戶與基站間的信道增益會(huì)隨用戶位置變化而變化,在目標(biāo)用戶和協(xié)作用戶間采用平均功率分配方案會(huì)造成功率資源的浪費(fèi)。為充分利用有限的功率,保證目標(biāo)用戶的無(wú)線通信性能,在目標(biāo)用戶、協(xié)作用戶和基站處設(shè)置接收信噪比門限,目標(biāo)用戶功率對(duì)總功率的功率分配比例需滿足目標(biāo)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(biāo)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(shí)能動(dòng)態(tài)地為目標(biāo)用戶和協(xié)作用戶分配功率,實(shí)現(xiàn)了功率的自適應(yīng)分配。(2)針對(duì)煤礦井下時(shí)頻編碼協(xié)作MC-CDMA無(wú)線傳輸多用戶干擾的問(wèn)題,提出基于粒子群的多用戶檢測(cè)算法來(lái)減少或消除多用戶干擾。所提粒子群多用戶檢測(cè)(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(lái)對(duì)解相關(guān)檢測(cè)(D-MUD, Decorrelating Multiuser Detection)的輸出結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化。該多用戶檢測(cè)算法性能優(yōu)于解相關(guān)多用戶檢測(cè),復(fù)雜度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于最佳多用戶檢測(cè)(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(cè)算法在復(fù)雜相對(duì)較低時(shí)顯著提高了煤礦井下時(shí)頻編碼協(xié)作MC-CDMA網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線傳輸性能。(3)針對(duì)MC-CDMA的高峰均功率比(PAPR, Peak to average power ratio)會(huì)引起發(fā)送信號(hào)非線性失真繼而導(dǎo)致井下無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)性能下降的問(wèn)題,提出采用基于選擇映射(SLM, Selective Mapping)的子載波相位補(bǔ)償算法來(lái)抑制峰均功率比。為進(jìn)一步改善井下無(wú)線通信系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)性能,提出基于時(shí)頻編碼協(xié)作混合自動(dòng)重傳(HARQ, Automatic Repeat reQuest)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合跨層傳輸方案。時(shí)頻編碼協(xié)作HARQ將物理層時(shí)頻編碼協(xié)作與MAC(Media Access Control)層HARQ有機(jī)結(jié)合,即協(xié)作用戶在每次重傳目標(biāo)用戶數(shù)據(jù)包時(shí)按時(shí)頻編碼協(xié)作方式同時(shí)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(bǔ)償算法的時(shí)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(wú)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(shí)頻編碼協(xié)作MC-CDMA無(wú)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(biāo)用戶的通信性能,從整體上提高井下無(wú)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(shí)頻編碼協(xié)作 MC-CDMA 自適應(yīng)功率分配 多用戶檢測(cè) 峰均功率比 聯(lián)合跨層傳輸
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：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(cè)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)頻編碼策略26-28
• 3 煤礦井下時(shí)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(gè)時(shí)隙信號(hào)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(shí)頻編碼協(xié)作MC-CDMA多用戶檢測(cè)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(shí)頻編碼協(xié)作傳輸與功率分配43-45
• 4.2.1 目標(biāo)用戶和協(xié)作用戶1個(gè)時(shí)間周期的時(shí)頻編碼協(xié)作傳輸43-44
• 4.2.2 目標(biāo)用戶和協(xié)作用戶間的功率分配44-45
• 4.3 無(wú)通信網(wǎng)絡(luò)時(shí)頻編碼協(xié)作粒子群多用戶檢測(cè)45-49
• 4.3.1 協(xié)作用戶解相關(guān)粒子群多用戶檢測(cè)45-48
• 4.3.2 基站解相關(guān)粒子群多用戶檢測(cè)48
• 4.3.3 基站對(duì)兩時(shí)隙檢測(cè)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(shí)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(guò)程55-56
• 5.1.2 系統(tǒng)傳輸方案56-59
• 5.2 基于SLM相位補(bǔ)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(bǔ)償算法60-61
• 5.3 時(shí)頻編碼協(xié)作HARQ聯(lián)合跨層傳輸61-64
• 5.3.1 時(shí)頻編碼方案61-62
• 5.3.2 時(shí)頻編碼協(xié)作HARQ跨層設(shè)計(jì)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(xiàn)70-74
• 作者簡(jiǎn)歷及攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果74-78
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集78

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