矿井mimo系统性能与容量的研究

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1、西安科技大学硕士学位论文矿井MIMO系统性能与容量的研究专业名称：信号与信息处理作者姓名：周鑫旺指导教师：王安义学位论文独创性说明本人郑重声明：所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及其取得研究成果。尽我所知，除了文中加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人或集体已经公开发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西安科技大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：日期：论文题目：矿井MIMO系统性能与

2、容量的研究专业：信号与信息处理硕士生：周鑫旺（签名）指导老师：王安义（签名）摘要随着煤矿井下安全生产和灾后救援的需求日益增长，无线通信系统在井下的应用方兴未艾。但是，煤矿井下环境复杂，巷道随着开采不断拓展和变化，不同巷道壁材质、结构、形状各异、是一个异质、可变、存在粉尘、特殊气体等的复杂受限空间，电磁波传输受到巷道结构、岩体、设备机车、粉尘、特殊气体等的折射和散射、吸附、大功率设备的电磁干扰等影响，使得无线信号衰落复杂。而MIMO技术具有抵抗多径衰落、提高信道容量等优点，因此本文采用MIMO技术来抵抗井下严重的多径衰落。本文

3、首先分析了现有矿井无线通信系统和矿井无线通信环境，在此基础上建立矿井巷道环境下MIMO信道的三维GBDB模型，推导了该模型的空时相关函数，经仿真实验表明相关性严重影响信道容量。而天线选择能够减小天线单元间的相关性从而增加了信道容量，在这部分中介绍了最优选择算法、递增、递减选择算法的核心思想及其优缺点。在此基础上结合了以前学者“一次选两根天线”的优点并对其改进，改进后的算法避免了计算容量过程中矩阵求逆的复杂运算，结合计算机仿真证明，此算法在性能变化不大的基础上，大幅度地减少了计算量。最后，针对矿井巷道的特殊环境以及无线通信问题

4、，采用分布式MIMO天线系统，在信道状态未知的情况下，提出一种基于多波模模型新的功率分配方案，仿真结果表明，采用这种方案可以显著提高矿井巷道的下行容量。关键词：矿井通信；MIMO；天线选择；信道容量；分布式MIMO系统研究类型：理论研究Subject：ResearchonPerformanceandCapacityofMIMOSysteminMineSpecialty：SignalandinformationprocessingName：ZhouXinwang(Signature)Instructor：WangAnyi(Si

5、gnature)ABSTRACTWiththedevelopmentofmobilecommunicationandwirelesstechnology,theneedinthecoalmineisparticularlyurgentasmoreandmorewirelesscommunicationsareappliedindifferentindustries.Coalmineenvironmentisfullofcomplexity,Roadwayischangingnotonlybecausemineisdevelo

6、pingallthetime,butalsothetunnelwallmaterials,shapesandstructuresdifferfromeachother.Sotheundergroundtunnelisaheterogeneous,variable,complexconfinedspace,whichsurroundingdustandotherspecialgas.Theelectromagneticwavetransmissionisinfluencebyrefraction,andscattering,a

7、dsorptionandelectromagneticinterferenceofhighpowerequipmentfromtunnelstructure,rock,locomotiveequipment,dust,specialgases.MIMOtechnologyhastheadvantagesofresistingtomultipathfadingandimprovingthechannelcapacity,sointhisarticleMIMOtechnologyisappliedtocombatseveremu

8、ltipathfading.Atfirst,theadvantagesanddisadvantagesoftheexistingminewirelesscommunicationtechnologyandthecharacteristicsoftheundergroundenvironme