（电路与系统专业论文）矿井mimo通信系统的关键技术研究.pdf

ad i s s e r t a t i o ni n c i r c u i t sa n ds y s t e m s r e s e a r c ho ft h ek e yt e c h n o l o g i e si nm i n em i m o c o m m u n i c a t i o ns y s t e m c a n d i d a t e ： m e n gx i a n m e n g s u p e r v i s o r ： y a os h a n h u a e l e c t r i c a la n di n f o r m a t i o ne n g i n e e r i n gs c h o o l a n h u iu n i v e r s i t yo fs c i e n c ea n dt e c h n o l o g y n o 16 8 ，s h u n g e n gr o a d ，h u a i n a n ，2 3 2 0 01 ，p r c h i n a 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方以外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 塞徵堡王太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。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作了明确的说明并 表示谢意。 学位论文作者签名：鑫超日期：兰兰年月鱼日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解塞徵堡三太堂有保留、使用学位论文 的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属于 童邀堡三太堂。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的 复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权安徽理工大学 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采 用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位 论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：盔磊猛 签字日期：知，年6 月9 日 导师签名：签字日期：l 埠6 月o o - 日 摘要 一一 摘要 矿井巷道是受限的非自由空间，信号在这受限的空间内传输会发生反射、散 射等现象，形成多径衰落效应。本文对复杂的矿井无线通信环境进行了分析，研 究了信号在矿井巷道中的传播特性及影响因素。目前影响矿井无线通信的主要问 题是多径衰落效应，而现有的煤矿井下无线通信系统都没台e , 4 h 好的解决，所以本 文提出采用多输入多输出( m i m o ) 技术来对抗信号的多径衰落效应。 m i m o 技术是指在发送端和接收端均采用多天线单元，利用无线信道的多径 传播，提高系统可利用的自由度，构建空间多个并行信道，在不增加带宽的情况 下，提高数据的传输速率和信号质量。同时m i m o 的空时编码技术将信道编码技 术和阵列处理技术相结合，在不同的天线所发送的信号中引入时间和空间相关性， 从而在接收端可以通过空时信号处理获得分集增益和编码增益。 论文首先分析了矿井无线通信的传输环境，讨论了m i m o 信道的传播特性和 容量，建立了矿井m i m o 的信道模型，并对空间相关性进行了分析，然后对m i m o 的空时编码技术和m i m o 信道估计算法进行了分析研究，最后设计了矿井m i m o 的通信系统，并对系统的性能进行了分析。通过对系统的分析，可以知道m i m o 系统充分利用了信号的多径传播，另外系统还可以获得分集增益和编码增益，所 以m i m o 技术可以有效对抗矿井巷道的多径衰落，提高通信系统的可靠性。 图3 9 表0 参5 9 关键词：矿井无线通信；多输入多输出：多径效应；空时编码；m i m o 信道估计； m a t l a b ； 分类号：t n 9 2 9 4 摘要 a b s t r a c t m i n el a n e w a yi sl i m i t e dn o n f r e es p a c e ，a n d s i g n a l i nt h el i m i t e d s p a c e t r a n s m i s s i o nw i l ll e a dt or e f l e c t i o n ，s c a t t e r i n gp h e n o m e n o n ，a n df o r mt h em u l t i - p a t h f a d i n g i n f l u e n c e i nt h i sd i s s e r t a t i o n ，t h e c o m p l e x w i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n e n v i r o n m e n ti sa n a l y z e di nc o a lm i n eu n d e r g r o u n d ，a n ds i g n a li nt h em i n el a n e w a y p r o p a g a t i o na n di n f l u e n c i n gf a c t o r sa r es t u d i e d a tp r e s e n t ，t h em a i np r o b l e mo fm i n e w i r e l e s sc o m m u n i c a t i o ni sm u l t i - p a t hf a d i n gi n f l u e n c e ，a n dt h ee x i s t i n gu n d e r g r o u n d w i r e l e s sc o m m u n i c a t i o ns y s t e m sc o u l dn o tb eas o l u t i o nf o rt h ep r o b l e m t os o l v et h e p r o b l e m ，t h em u l t i p l e i n p u tm u l t i p l e o u t p u t ( m i m o ) t e c h n o l o g yi sp r o p o s e di nt h e d i s s e r t a t i o n m i m o t e c h n o l o g yi sm u l t i a n t e n n au n i ta tt h es e n d e re n da n d t h er e c e i v e r , u s i n ga r a d i oc h a n n e lt h em u l t i p a t hp r o p a g a t i o n ，w h i c hi m p r o v et h es y s t e ma v a i l a b l ef r e e d o m ， c o n s t r u c tm o r ep a r a l l e lc h a n n e li nt h es p a c e ，a n di m p r o v et h ed a t at r a n s f e rr a t ea n d s i g n a lq u a l i t yw i t h o u ti n c r e a s i n gt h eb a n d w i d t h a tt h es a m et i m e ，t h es p a c e t i m e c o d e st e c h n o l o g yo ft h em i m os y s t e mc o m b i n ec h a n n e lc o d i n gt e c h n o l o g ya n da r r a y p r o c e s s i n gt e c h n o l o g i e s ，w h i c hi n t r o d u c e st h e t i m ea n ds p a c ec o r r e l a t i o no ft h e s e n d i n gs i g n a li nd i f f e r e n ta n t e n n a t h ec o m m u n i c a t i o ns y s t e m c a na l s og e tm es u b 。s e t g a i na n dc o d i n gg a i nt h r o u g hs p a c e - t i m es i g n a lp r o c e s s i n g i nt h er e c e i v e r i nt h i sd i s s e r t a t i o n ，t h ee n v i r o n m e n to ft h e m i n ew i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n t r a n s m i s s i o ni sa n a l y z e df i r s t l y ，t h ep r o p a g a t i o nc h a r a c t e r i s t i c sa n dc a p a c i t yo ft h e m i m o 吐衄n e la r ed i s c u s s e d ，t h ec h a n n e lm o d e l so fm i m os y s t e mi s s e tu p ，a n d s p a t i a lc o r r e l a t i o ni sa n a l y z e d t h e ns e v e r a ls p a c e t i m ec o d i n gt e c h n i q u e so fm i m o c o m m u n i c a t i o ns y s t e ma r ea n a l y z e d ，a n dc h a n n e le s t i m a t i o no fm i m os y s t e mi s d i s c u s s e d a tl a s t m i n em i m ob a n dc o m m u n i c a t i o ns y s t e mi sd e s i g n e d ，a n dt h e p e r f o r m a n c eo ft h es y s t e mi s s t u d i e d a c c o r d i n gt oa n a l y s i sa n dr e s e a r c ho ft h e c o m m u n i c a t i o ns y s t e m ，m i m os y s t e mm a k e sf u l lu s eo ft h em u l t i p a t hp r o p a g a t i o n ， b e s i d e s ，t h es y s t e mc a na l s og e td i v e r s i t yg a i na n de n c o d i n gg a i n ，s o m i m o t e c h n o l o g yc a nb ee f f e c t i v ea g a i n s tt h em i n er o a d w a ym u l t i 。p a t hf a d i n ga n di m p r o v e t h er e l i a b i l i t yo ft h ec o m m u n i c a t i o ns y s t e m 一i i 摘要 f i g u r e3 9 t a b l e0r e f e r e n c e5 9 k e y w o r d s ：m i n ew i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n ，m i m o ，m u l t i - p a t he f f e c t ，s p a c e - t i m ec o d e s ， m i m oc h a n n e le s t i m a t i o n ，m a t l a b c h i n e s eb o o k sc a t a l o g ：t n 9 2 9 4 目录 目录 摘要i a b s t r a c t i i l 绪论1 1 1课题的研究背景与意义1 1 2m i m o 技术的特点及研究现状1 1 3 本文主要的研究内容和章节安排2 2 矿井无线通信技术5 2 1 矿井无线通信的特点一5 2 1 1 矿井无线通信环境的分析5 2 1 2 矿井巷道电磁波的传播特性7 2 1 3 煤矿井下通信设备的要求7 2 2 现有矿井无线通信系统的分析8 2 3 矿井抗多径衰落分析一9 2 4 本章小结1 0 3m i m o 信道传播特性及容量分析1 l 3 1m i m o 系统模型l1 3 2m i m o 信道传播特性1 2 3 2 1 大尺度衰落13 3 2 2 中尺度衰落1 3 3 2 3 小尺度衰落13 3 2 4 信道扩展1 4 3 3 矿井m i m o 信道模型1 7 3 3 1 矿井m i m o 信道的g b d b 模型1 8 3 3 2 空间相关函数分析1 9 3 3 3 空间相关性仿真分析2 0 3 4m i m o 信道的容量2 2 3 5 本章小结2 5 4m i m 0 空时编码技术2 7 i v 目录 4 i m i m o 空时编码技术及设计准则2 7 4 1 1 空时编码技术2 7 4 1 2 空时编码设计准则2 8 4 2 分层空时码2 9 4 2 1 分层空时编码模型2 9 4 2 2 分层空时编码方案3 0 4 2 3 分层空时译码方法3 2 4 3 空时格型编码3 3 4 3 1 空时格型编码系统模型3 3 4 3 2 空时格码的编码3 4 4 3 3 空时格码的译码3 5 4 4 空时分组编码3 5 4 4 1 空时分组码的编码3 5 4 4 2 空时分组码的译码一3 6 4 5 本章小结3 8 5m i m o 系统的信道估计3 9 5 1 平坦衰落m i m o 的信道估计3 9 5 1 1 最大似然( m l ) 估计算法4 0 5 1 2 最小二乘( l s ) 估计算法4 0 5 1 3 最小均方误差( m m s e ) 估计算法4 1 5 1 4 平坦衰落下信道估计算法性能比较。4 1 5 2 频率选择性衰落m i m o 的信道估计4 4 5 2 1 最大似然估计算法4 4 5 2 2 最小二乘估计算法4 5 5 2 3 最小均方误差估计算法4 5 5 2 4 频率选择衰落下信道估计算法性能比较4 6 5 - 3 导频序列的设计4 8 5 4 本章小结一一4 9 6 矿井m i m o 系统的设计及性能分析51 目录 6 1 m i m o 通信系统的设计5 1 6 1 1c r c 校验5 2 6 1 2r s 编码与解码5 2 6 1 3m p s k 调制与解调一5 3 6 1 4m i m o 空时编码5 4 6 2 信道5 5 6 2 1a w g n 信道5 5 6 2 2 瑞利多径衰减信道5 5 6 3 信道估计5 7 6 4 系统性能仿真5 7 6 4 1 系统性能仿真指标5 7 6 4 2 系统仿真流程5 8 6 4 3 仿真参数设置5 9 6 5 仿真结果分析5 9 6 6 本章小结6 2 7 总结6 3 7 1 结论6 3 7 2 展望6 3 参考文献6 5 致谢6 8 作者简介及读研期间主要科研成果6 9 一v i 目录 一一 c o n t e n t s a b s t r a c t i 1i n t r o d u d i o n 1 1 1r e s e a r c hb a c k g r o u n da n ds i g n i f i c a n c e 1 1 2t h ec h a r a c t e r i s t i c sa n dt h ec u r r e n tr e s e a r c hs t a t u so fm i m ot e c h n o l o g y 1 1 3t h em a i nr e s e a r c hc o n t e n t sa n dc h a p t e r sa r r a n g e d 2 2m i n ew i r e l e s sc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y 5 2 1t h ec h a r a c t e r i s t i c so fm i n ew i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n 5 2 1 1m i n ew i r e l e s sc o m m u n i c a t i o ne n v i r o n m e n ta n a l y s i s 5 2 1 2e l e c t r o m a g n e t i cw a v e sp r o p a g a t i o nc h a r a c t e r i s t i c so fm i n e 7 2 1 3c o m m u n i c a t i o ne q u i p m e n tr e q u i r e m e n t sf o rc o a lm i n e 7 2 2e x i s t i n gm i n ec o m m u n i c a t i o ns y s t e ma n a l y s i s 8 2 3a n a l y s i so fa n t i m u l t i p a t hf a d i n gi nm i n ec o m m u n i c a t i o n s 9 2 4t h ec h a p t e rs u m m a r y 10 3m i m oc h a n n e lp r o p a g a t i o np r o p e r t i e sa n dc a p a c i t ya n a l y s i s 11 3 1m i m os y s t e mm o d e l 11 3 2m i m oc h a n n e lp r o p a g a t i o np r o p e r t i e 1 2 3 2 1l a r g e s c a l ed e c l i n e 1 3 3 2 2m e s o s c a l ed e c l i n e 13 3 2 3s m a l ls c a l ed e c l i n e 1 3 3 2 4c h a n n e le x p a n s i o n 1 4 3 3m i n em i m oc h a n n e lm o d e l 17 3 3 1g b d bm o d e lo f m i n em i m oc h a n n e l 18 3 3 2t h es p a t i a lc o r r e l a t i o nf u n c t i o na n a l y s i s 1 9 3 3 3t h es p a t i a lc o r r e l a t i o ns i m u l a t i o na n a l y s i s 2 0 3 4t h ec a p a c i t yo f m i m oc h a n n e l 2 2 3 5t h ec h a p t e rs u m m a r y 2 5 4t h es p a c e t i m ec o d i n gt e c h n o l o g yo fm i m o s y s t e m 2 7 4 1m i m os p a c e - t i m ec o d i n gt e c h n o l o g ya n dd e s i g nc r i t e r i a 2 7 一v i i 目录 4 1 1t h es p a c e - t i m ec o d i n gt e c h n o l o g y 2 7 4 1 2d e s i g nc r i t e r i ao f t h es p a c e - t i m ec o d i n gt e c h n o l o g y 2 8 4 2l a y e r e ds p a c e t i m ec o d i n g 2 9 4 2 1l a y e r e ds p a c e t i m ec o d i n gm o d e l j 2 9 4 2 2l a y e r e ds p a c e t i m ec o d i n gs c h e m e 3 0 4 2 3l a y e r e ds p a c e - t i m ed e c o d i n gs c h e m e 3 2 4 3s p a c e - t i m et r e l l i sc o d i n g 3 3 4 3 1t h es y s t e mm o d e lo f s p a c e - t i m et r e l l i sc o d i n g 3 3 4 3 2s p a c e - t i m et r e l l i sc o d ec o d i n g 3 4 4 3 3s p a c e - t i m et r e l l i sc o d ed e c o d i n g 3 5 4 4s p a c e - t i m eb l o c kc o d i n g 3 5 4 4 1 s p a c e t i m eb l o c kc o d ec o d i n g 3 5 4 4 2s p a c e t i m eb l o c kc o d ed e c o d i n g 3 6 4 5t h ec h a p t e rs u m m a r y 3 8 5t h ec h a n n e le s t i m a t i o no f m i m os y s t e m 3 9 5 。1t h ef l a td e c l i n eo f m i m oc h a n n e le s t i m a t i o n 3 9 5 1 1m a x i m u ml i k e l i h o o de s t i m a t i o na l g o r i t h m 4 0 5 1 2l e a s ts q u a r e se s t i m a t i o na l g o r i t h m 4 0 5 1 3m i n i m u mm e a ns q u a r ee r r o re s t i m a t i o na l g o r i t h m 4 1 5 1 4t h ef l a td e c l i n ep e r f o r m a n c eo f e s t i m a t i o na l g o r i t h m 4 1 5 2f r e q u e n c ys e l e c t i v ed e c l i n eo f m i m oc h a n n e le s t i m a t i o n 一：4 4 5 2 1m a x i m u ml i k e l i h o o de s t i m a t i o na l g o r i t h m 4 4 5 2 2l e a s ts q u a r e se s t i m a t i o na l g o r i t h m 4 5 5 2 3m i n i m u mm e a ns q u a r ee r r o re s t i m a t i o na l g o r i t h m 4 5 5 2 4f r e q e n c ys e l e c t i v ed e c l i n ep e r f o r m a n c eo f e s t i m a t i o na l g o r i t h m 4 6 5 3t h ed e s i g no f t h ef r e q u e n c ys e q u e n c e s 4 8 5 4t h ec h a p t e rs u m m a r y 4 9 6t h ed e s i g na n dp e r f o r m a n c ea n a l y s i so f m i n em i m o b a s e b a n ds y s t e m 5 1 6 1t h ed e s i g no f m i m oc o m m u n i c a t i o ns y s t e m 5 1 二、，i i i - 目录 6 1 1c r c c h e c k i n g 5 2 6 1 2r se n c o d i n ga n dd e c o d i n g 5 2 6 1 3q p s km o d u l a t i o na n dd e m o d u l a t i o n 5 3 6 1 4m i m o s p a c e - t i m ec o d i n g 5 4 6 2c h a n n e l 5 5 6 2 1a w g nc h a n n e l 5 5 6 2 2r a y l e i g hm u l t i p a t hc h a n n e 5 5 6 3t h ec h a n n e le s t i m a t i o n 5 7 6 4s y s t e mp e r f o r m a n c es i m u l a t i o n 5 7 6 4 1s y s t e mp e r f o r m a n c es i m u l a t i o ni n d e x 5 7 6 4 2s i m u l a t i o np r o c e s s 5 8 6 4 3s i m u l a t i o np a r a m e t e r ss e t t i n g 。5 9 6 5t h ea n a l y s i so fs i m u l a t i o nr e s u l t s 5 9 6 6t h e c h a p t e rs u m m a r y 6 2 7c o n c l u s i o n 6 3 7 1c o n c l u s i o n 6 3 7 2p r o s p e c t 6 3 r e f e ：r e n c e 6 5 t h a n k s 6 8 r e s l l i t i eo fa u t h o r 6 9 一i x - 1 绪论 1绪论 1 1 课题的研究背景与意义 随着全球经济的快速增长，能源的需求不断增长，煤炭作为能源结构的主题， 具有非常重要的地位。由于煤矿井下特殊的工作环境，使煤矿的生产具有极高的 危险性，就需要一个监控系统对煤矿安全生产进行实时监测，因此矿井通信系统 的有效性和可靠性是煤矿安全生产的重要保障。由于煤矿井下开采规模的不断扩 大和生产现代化程度的不断提高，对通信系统要求也在不断的提高，要求通信信 息能够准确、快速的传递。为了达到这一要求，越来越多的通信新技术被应用在 煤矿井下的通信系统中。 我国的煤炭开采主要以井下为主，然而由于煤矿井下巷道数目众多、矿井作 业地点分散，工作环境恶劣、人员流动性大，极易发生安全事故【lj 。为了使煤矿 能够安全生产，需要建立一个功能比较完全的全矿井无线信息系统，这一系统能 够完成移动通信调度、机车的无线定位和导航、人员定位与追踪、矿井环境无线 安全监测等任务 2 1 。与矿井有线通信相比，矿井无线通信具有成本低廉、设备维 护上容易实现等优点，但在实际的矿井无线通信系统中存在着严重的问题，受到 多径衰落的影响。多径衰落会破坏信号的传输特性，产生码问干扰，使无线通信 系统的质量下降，降低了通信系统的可靠性【3 。5 j 。 现有的矿井无线通信系统都没能很好的解决信号的多径衰落效应，针对这一 问题，本文提出了m i m o 技术在煤矿井下的应用，研究了矿井m i m o 通信系统 的关键技术，设计了矿井m i m o 通信系统，并分析了该通信系统的性能。m i m o 技术在多径衰落条件下可以有效提高数据速率和系统容量，并且系统可以获得分 集增益和编码增益。通过对系统的分析研究，得出m i m o 技术可以有效的抗多径 衰落，提高矿井无线通信系统的质量。 1 2m i m o 技术的特点及研究现状 m i m o ( 多输入多输出一m u l t i p l e i n p u tm u l t i p l e o u t p u t ) 技术是指在系统的发 射端和接收端均采用多天线单元，利用无线信道的多径传播，开发空间资源，产 生有效的空问多并行传输信道，使发射的信号具有空间相关性，在接收端采用空 时信号处理技术，可以显著的提高数据传输速率和通信质量，是现代无线通信领 域的重大突破 6 , 7 1 。 安徽理：= i = = 大学硕士论文 无线通信的系统一般会受到码间干扰、信号衰落和同频道的干扰的影响【8 1 。 码问干扰和信号衰落主要是由信号的多径传播引起的，同频道的干扰一般是由共 道用户或未知干扰源产生的。对抗信道衰落可以通过分集技术来处理，码间干扰 可以采用均衡技术来消除，共信道的干扰可以采用自适应波束形成或者多用户检 测技术来消除，但是它们都会造成系统复杂度的增加。而m i m o 技术则不同，采 用阵列天线技术，利用信号的空间相关性，具有以下特点1 9 1 ： ( 1 ) 利用或减轻多径衰落：m i m o 技术能够充分利用多径的各种发射和合成 技术，提高无线通信系统的性能。 ( 2 ) 消除共道干扰：m i m o 系统能够采用自适应波束形成或者多用户检测技 术来对共道干扰进行有效抑制和消除。 ( 3 ) 减小发射功率，提高频谱利用率：因为天线阵列技术可以减小共道干扰和 多径衰落的影响。 从2 0 世纪9 0 年代开始，国内外的许多学者对m i m o 技术就开始大量的研究。 近年来，对m i m o 技术的研究主要包括以下几个方面1 1 0 - 1 5 】： ( 1 ) m i m o 信道模型的建立和信道容量的分析； ( 2 ) 多用户m i m o 系统的研究； ( 3 ) m i m o 空时编码技术和预编码技术的研究； ( 4 ) m i m o 系统信道估计、均衡技术的研究； ( 5 ) m i m o 天线选择技术的研究。 对于m i m o 技术在陆地通信的研究越来越成熟，而对m i m o 技术在矿井中 的研究还处于初级阶段，主要是因为煤矿井下通信环境非常复杂。矿井复杂的环 境影响无线通信技术在煤矿井下的应用，并且一直是矿井无线通信研究的难点。 1 3 本文主要的研究内容和章节安排 本文的重点是对矿井m i m o 通信系统的关键技术进行研究，分析m i m o 无 线信道传播特性与信道容量，分析了m i m o 空时编解码方法，讨论m i m o 的信 道估计方法，最后设计了矿井m i m o 频带通信系统，并对系统的性能进行仿真和 分析。 本文章节内容安排如下： 第一章，介绍了论文研究的背景及意义，简明阐述了m i m o 技术的特点及研 究现状。 第二章，分析了矿井无线通信的环境及存在的主要问题，并对矿井巷道的电 一2 1 绪论 磁波传播特性进行了分析，分析现有的矿井无线通信系统，最后分析了矿井抗多 径衰落，提出m i m o 技术的可行性。 第三章，分析了m i m o 信道的传播环境，建立了矿井的m i m o 信道g b d b 信道模型，并讨论了信道的空间相关性，最后分析了瑞利衰落下m i m o 的信道容 且 里0 第四章，简单分析了空时编码技术的设计准则，然后介绍了几种空时编码技 术的编码和译码方法。 第五章，分析信道估计的作用，介绍了信道估计的种类，首先讨论了平坦衰 落情况下m i m o 信道估计的算法，在此基础上，推广到频率选择性衰落信道，并 对它们的信道估计算法进行了仿真分析，最后对导频序列的设计进行了研究。 第六章，结合矿井无线通信的实际环境，设计了矿井m i m o 通信系统，选用 合适的空时分组编码方法，在多径信道下，对采用不同的调制的矿井m i m o 通信 系统的性能进行分析。 第七章，对本文所做工作进行归纳和总结，并对以后的工作进行展望。 安徽理工大学硕士论文 一4 一 2 矿井无线通信技术 2 矿井无线通信技术 无线通信是在自由空间中通过电磁波进行信息交换的一种通信方式。近 年来，无线通信技术得到迅速的发展，像超宽带技术( u w b ) 、正交频分复用 技术( o f d m ) 、多天线技术( m i m o ) 等，在陆地通信中都得到广泛的应用，很 好的解决了无线通信的传输速率低、频谱资源有限等难题 1 6 - 1 8 】。此外，无线 通信系统设备维修和维护也非常的方便简单。矿井无线通信环境比陆地无线通 信环境复杂了很多，煤矿井下电磁波的传播受到多种因素的影响，如受限的非 自由传播空间、隧道截面几何尺寸、巷道的走向、巷道壁表面粗糙、煤岩层材料 电磁参数、液压金属支柱、大功率机电设备、动力电缆与铁轨、流动的运输机车 以及巷道内分布的各种易燃气体等【1 9 】。复杂的无线通信环境导致电磁波传播也异 常复杂，然而矿并无线通信对煤矿井下的安全生产和突发事故的抢险救灾有着非 常重要的作用。因此，矿井无线通信是一个值得研究的课题。 2 1 矿井无线通信的特点 2 1 i 矿井无线通信环境的分析 煤矿井下的工作环境非常特殊，无论是巷道，还是采掘的工作面，空间 都非常狭窄，呈现隧道形状，使得无线电波的传播空间是非自由的，巷道内有 各种物体和机电设备，巷道表面粗糙，并且巷道倾斜、有拐弯和分支，这些构成 矿井无线通信环境的复杂性和特殊性，如图l 所示。无线信号在矿井巷道内传输， 不仅会被吸收，而且还会被多次反射、折射和散射，产生严重的多径衰落效应。 安徽理工大学硕士论文 图1 矿井巷遭 f i g 1m i n el a n e w