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.pdf

1、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(jìn)一步提高用戶的

2、無線通信性能。當(dāng)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(dá)接收端后各子載波上的接收信噪比(SNR，Signal Noise Ratio)不同。因此，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(jìn)行。結(jié)果表明，用戶在高誤比特率區(qū)間下采用

3、所提算法時的性能得到了明顯的改善。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴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(dāng)目標(biāo)用戶與協(xié)作用戶的發(fā)送功率之和為定值時，因目標(biāo)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(biāo)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(fèi)。為充分利用有限的功率，保證目標(biāo)用戶的無線通信性能，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)用戶功率對總功率的功率分配比例需

4、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能動態(tài)地為目標(biāo)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。⑵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 M

5、ultiuser 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，DecorrelatingMultiuser Detection)的輸出結(jié)果進(jìn)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(yuǎn)遠(yuǎn)低于最佳多用戶檢測(O-MUD，Optimum MultiuserDetection)。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

6、無線傳輸性能。⑶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(bǔ)償算法來抑制峰均功率比。為進(jìn)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