井下移动通信的多径分集接收技术研究 .pdfVIP

学兔兔 2010年第l期 煤 炭 工 程 井下移动通信的多径分集接收技术研究 姚善化 (安徽理工大学 电气与信息工程学院，安徽淮南 232001) 摘 要：分析了煤矿井下无线通信系统存在的主要问题，提出扩频通信的RAKE接收技术 特别适用于环境恶劣和复杂的煤矿井下，能减小井下环境条件对通信设备的影响，尤其是能克服 多径效应及机电噪声引起的抗干扰能力弱、通信质量差等缺点。因此提出了一种基于信号延迟线 组的RAKE接收机硬件结构，并对延迟线算法进行了仿真。仿真结果表明，RAKE接收能有效地 减小多径衰落的影响，降低误比特率。 关键词：矿井通信；扩频通信；多径衰落；RAKE接收；仿真 中图分类号：TN915 文献标识码：B 文章编号：1671—0959(2010)01_()l15_I)2 井下移动通信系统是煤矿安全生产和抢险救灾非常重 磁波的频率选择性下降，接收点的有用信号衰落深度达几十 要的通信手段，但巷道内的多径衰落已成为影响无线通信 分贝，严重影响井下无线通信的通信质量和可靠性。 系统通信质量的重要因素，尤其快衰落深度可达30— 2 RAKE接收技术 40dB，若利用加大发射功率(1000～1000o倍)来克服这种 深衰落是不现实的，同时，矿井机电设备的防爆要求也不 2．1 RAKE接收原理 允许采用大功率的通信设备(一般发射功率不允许超过 分集接收技术是现代无线通信对付多径衰落最有效的 5W)，而扩频通信的分集接收技术是抗多径衰落的最有效 办法 J。传统的分集接收方法有时问分集、空间分集和频 措施…。传统的分集接收技术是把多径信号作为干扰信号 率分集等，这些分集技术是通过消耗信号的功率、带宽、 来处理，而RAKE接收则采用变害为利的方法 ，即利用 速度等资源来对抗多径衰落的。而多径分集(RAKE接收技 多径现象来增强信号强度，以达到抗多径衰落的目的。 术)则无需消耗信号资源，利用多径接收来增强信号。 1 矿井巷道无线通信难题 RAKE接收，利用多个并行相关接收机组 J，对每个 路径使用一个相关接收机，各相关接收机与同一期望信号 电磁波在矿井巷道内不能很好地传播，主要有两个方 (被接收信号)的一个延迟形式(即期望信号的多径分量之 面的原因：首先是巷道条件对电磁波传输影响大。矿井巷 一 )相关，然后各相关接收机的输出根据它们的相对强度进 道比较狭窄，长度可达数十公里，且拐弯抹角，巷道分支 行准则加权，并把加权后的各路输出相加，合成一路输出 多，又分布在不同的水平面，截面尺寸通常在几到几十平 信号供解调用。加权系数的选择准则是使输出信噪比为最 方米内，巷道壁四周均为煤和岩层，粗糙不平，巷道中还 大。RAKE接收机原理图如图1。 有采煤支架、机电设备、钢轨、动力线等，这是一个传播 发射机天线 发出的信号经过 条路径到达接收机天 环境非常特殊和复杂的非自由空间，对电磁波的传播特性