超宽带无线接入系统在矿井中的应用

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1、超宽带无线接入系统在矿井通讯中应用的研究郭继坤*•2孙继平2(1黑龙江科技学院计算机与信息工程系黑龙江哈尔滨1500272中国矿业大学北京校区，北京100083)摘要:超宽带技术是一种全新的通信技术，它和传统的通信技术相比有一些独特的特点。本文首次提出了超宽带技术在矿井下应用的观点;介绍了超宽带无线接入技术的特点和接收、发射部分的基本结构。通过对矿井下的具体环境和UAB无线接入系统在井下应用存在问题的分析，可证明它有实际可行性。关键词：UWB；脉冲；时间编码；时间调制TheResearchofUWBWir

2、elessAccessinMineWellCommunicationGUOJi-ktm'2SUNJi-ping2(1・ComputerandInformationEngineeringDept.,HeilongjiangInstituteofScienceandTechnology,Haerbin150027,China2.TheChinaUniversityofMiningandTechnology,BeijingCampus100083;)Abstract:Ultra-widebandisanewte

3、chnologyincommunication,itisdistinctfromthetraditionalcommunicationtechnology.ItisdescribedonapplicationinmineralwellwithUWBwirelessaccessinthispaper;introducingcharacteristicsandarchitecturewithreceiverandsenderofUWBwirelessaccess・ThroughAnalysisforspeci

4、alenvironmentunderminewellandexistentproblemofUWB,ithasrealisticallyfeasible.keyword:UWB;Pulse;timecode;timemodulation低到几十mW,这相当于手机为无线网的1/10〜1/100。传输速度高是因为频带非常宽,(a)—•般的发射输岀我国是煤炭大国，近年来煤矿井下事故死亡率很高，给国家、企业和家庭带來了巨大的灾难和损失。其主要原因还是牛产力落后，无可靠的安全保障系统。其中包括井下监控系统水平较低。

5、由于矿井井下自然条件的限制，无线通讯在矿井下的应用存在很人的闲难。主要的问题有电波在井下的传输衰减人，而发射功率乂受到易爆坏境的制约。因此，低功耗和短距离的传输方法是所期望的。UWD(UltraWideband)无线通信系统具有高传输速率、抗多径干扰、与现有频谱共享、低功耗、易于全数字化等诸多优势，目前已成为短距离高速数传的首选方案。本文仅对UWB在矿井下应用进行简单的分析研究。1.UWB的基本特点(b)最大数据传输速度图1儿种无线通信技术的比较UWB指的是使用非常宽的频带来收发数据的技术(图1)。多年來

6、超宽带技术主要用于军事上，近年来在民用产品屮得到了广泛的应用。它的最大传输速度可以超过100Mbps,除此以外，可以把电路的功耗降众所周知，手机与无线局域网的利用频带约为1〜几IMHz带宽，与此相对应UWB使用儿GHz带宽，是前者的100-1000倍以上，这样就町以赢得500Mbps〜lGbps的传输速度。UWB的调制段定义为超过屮心频率的20%的带宽比，因此现有多种调制方法，如直接序列扩频、时I'可调制UWB,和多频段UWB方法。其中，多频段UWB是一种新的调制技术，相对于单频段的脉冲调制主要有以F优点

7、：可以提高数据速率并且不会引发码间干扰问题，而码间干扰问题通常在脉冲重复率较高吋会出现；增强了抗干扰能力；利用分频段來消除干扰（例如，它可以不占用802.1la的频段）；UWB可与具它通信技术共存。在矿井下，因为其它通讯方式很少使用,如手机、Bluetooth等，频段之间的干扰很少出现。这是UWB在矿井下使用的一大优势。大幅度降低功耗的原因在于使用简单的传输方式，即使用间歇的脉冲来收发数据，这里的脉冲时间非常短，仅为Ins〜儿百pso此外，脉冲的发射功率也很低，仅为设备所辐射的电磁噪音以下的水平。2.UW

8、B的基本结构UWB无线电系统有5个重要组成部分:（1）脉冲序列产生（发射源）;（2）脉冲序列调制；（3）产生RF脉冲序列的开关；（4）脉冲探测和接收；（5）适当效率的天线。下面以典型的TM-UMB收发信机构成的框图如图2所示。2.1发射机发射机不含功率放人器，由脉冲产住器产生所要求的功率。可编程时间延迟受控于伪随机时间编码和时间调制。精密定时器的时间分辨度耍求做到大约几个微微秒（ps）,这不仅用于粕密PN编码和粹密时间调制，而