【摘要】：近年來,礦井安全問題備受人們的關(guān)注�，F(xiàn)有的礦井通信系統(tǒng)容易受電磁干擾,抗干擾能力低,保密性差。本文以可見光通信(Visible Light Communication,VLC)的發(fā)展為契機(jī),將可見光通信技術(shù)應(yīng)用于煤礦井下,為礦下通信提供新的解決方案。。可見光通信是利用發(fā)光二極管(Light Emitting Diode,LED)的高速調(diào)制特性,將信息調(diào)制到LED上,通過光信號(hào)傳輸,在實(shí)現(xiàn)照明的同時(shí)進(jìn)行信息傳輸。本文結(jié)合礦井中的環(huán)境特點(diǎn)與可見光通信技術(shù)的優(yōu)勢(shì),設(shè)計(jì)了礦井下基于可見光的無線定位和語音通信系統(tǒng)。利用礦下巷道中的LED發(fā)送其自身地址信息,礦工以及礦下車輛通過接收裝置識(shí)別位置信息從而實(shí)現(xiàn)無線定位。通過礦下巷道中的LED發(fā)送語音信號(hào),礦工帽上的通信設(shè)備接收信號(hào)并還原出語音信號(hào),同時(shí)礦工之間可以通過礦帽上的LED相互發(fā)送語音信息,實(shí)現(xiàn)雙工語音通信。該系統(tǒng)利用礦井中現(xiàn)有的LED,無需鋪設(shè)大量節(jié)點(diǎn),節(jié)省成本,綠色安全,無電磁干擾,保密性能好。本文主要有以下四點(diǎn)研究?jī)?nèi)容。第一,調(diào)研了可見光通信技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀,對(duì)可見光通信的系統(tǒng)組成、信道模型以及LED的發(fā)光調(diào)制原理進(jìn)行了分析。第二,設(shè)計(jì)了基于可見光的礦下無線定位模塊,包括發(fā)射端與接收端電路、定位方法、幀結(jié)構(gòu)、多光源時(shí)分復(fù)用的接入方式以及通信協(xié)議。針對(duì)煤礦井下的環(huán)境特點(diǎn),提出了一種適用于礦井下的定位方法,先基于ID(Identification,ID)定位算法實(shí)現(xiàn)粗定位,再結(jié)合多接收點(diǎn)RSSI(Received Signal Strength Indication)定位算法實(shí)現(xiàn)精確定位,利用礦下巷道中的LED和礦下車輛以及礦帽上的LED實(shí)現(xiàn)移動(dòng)終端自身定位。第三,設(shè)計(jì)出基于可見光的礦下語音通信模塊,包括發(fā)射端電路和接收端電路,該模塊能實(shí)現(xiàn)雙工語音通信的功能。第四,在研究了可見光通信系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,為了進(jìn)一步提高傳輸速率與傳輸距離,避免多徑效應(yīng)對(duì)系統(tǒng)的影響,將OFDM調(diào)制技術(shù)引入可見光通信系統(tǒng)中,針對(duì)OFDM信號(hào)的高峰均比引起的LED非線性失真問題,提出一種基于∑△調(diào)制器解決非線性的方案。
[Abstract]:In recent years, the problem of mine safety has attracted much attention. The existing mine communication system is vulnerable to electromagnetic interference, low anti-interference ability and poor confidentiality. Taking the development of visible light communication (Visible Light Communication,VLC) as an opportunity, this paper applies visible light communication technology to underground coal mine, and provides a new solution for underground communication. Visible light communication is to use the high-speed modulation characteristics of light-emitting diode (Light Emitting Diode,LED) to modulate the information to the LED, through the optical signal transmission, while realizing the lighting of the information transmission. Based on the environmental characteristics of mine and the advantages of visible light communication technology, a wireless positioning and voice communication system based on visible light in mine is designed in this paper. The LED in the roadway under the mine is used to send its own address information, and the miner and the vehicle in the mine identify the position information through the receiving device to realize the wireless location. The voice signal is sent by LED in the roadway under the mine, and the communication equipment on the mine cap receives the signal and restores the voice signal. At the same time, the miner can send voice information to each other through the LED on the mine cap to realize duplex voice communication. The system makes use of the existing LED, in the mine without laying a large number of nodes, saving cost, green safety, no electromagnetic interference and good confidentiality. This paper mainly has the following four research contents. Firstly, the research status of visible light communication technology at home and abroad is investigated, and the system composition, channel model and luminous modulation principle of LED are analyzed. Secondly, the mine wireless positioning module based on visible light is designed, including transmitter and receiver circuit, positioning method, frame structure, access mode of multi-light source time division reuse and communication protocol. According to the characteristics of underground environment in coal mine, a positioning method suitable for underground mine is proposed. First, rough positioning is realized based on ID (Identification,ID) positioning algorithm, and then accurate positioning is realized by combining multi-receiving point RSSI (Received Signal Strength Indication) positioning algorithm. The LED in the roadway under the mine and the LED in the mine cap are used to realize the positioning of the mobile terminal itself. Thirdly, a mine voice communication module based on visible light is designed, which includes transmitter circuit and receiver circuit, which can realize the function of duplex voice communication. Fourth, on the basis of studying the visible light communication system, in order to further improve the transmission rate and transmission distance and avoid the influence of multi-path effect on the system, OFDM modulation technology is introduced into the visible optical communication system. In order to solve the problem of LED nonlinear distortion caused by peak-to-average ratio of OFDM signal, a scheme based on Sigma modulator is proposed to solve the nonlinear problem.
【學(xué)位授予單位】：天津工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TN929.1;TN912.3

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本文編號(hào)：2494978