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《北京交通大学》 2018年
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工业物联网宽带信道测量和衰落特性研究

张克  
【摘要】:随着工业化与信息化的深度融合,工业生产各个环节的互联互通逐渐成为可能,工业物联网(Industrial Internet of Things,IIoT)应运而生。物联网能够极大限度地提高工业生产的效率以及可靠性,是未来制造业发展的重要趋势。作为工业物联网的关键技术之一,无线通信技术为搭建信息化、智能化的生产管理和控制网络提供了解决方案,但目前工业无线通信的可靠性、延时性和网络容量等指标尚未完全满足工业物联网的发展需求,这无疑会给智能化制造带来风险和挑战。由于无线通信系统的传输速率、系统容量和传输质量都要受到无线信道特性的制约,因此有必要对工业环境下无线信道的特性展开研究,只有在充分掌握信道特性后,才能采取与之相适应的物理层技术,实现合理的通信系统设计,使无线通信技术更好地支撑工业物联网的发展。本文对某汽车厂焊接车间环境下的宽带信道展开了测量,并结合实测数据进行理论分析,探讨了工厂不同频点、不同场景下无线信道的传播特性。首先,本文回顾了国内外关于工业环境下无线信道的相关研究进展,介绍了无线通信的基本信道特性。然后,根据研究需要,对工厂环境下无线信道测量设备、信道冲激响应的提取方法以及信道数据的处理方法进行了详细介绍。最后,通过实测数据分析了宽带无线信道的衰落特性,获取信道参数随收发天线之间距离增加的变化规律,并对比分析了三个高低频点的视距(Line-of-Sight,LOS)和非视距(Non-Line-of-Sight,NLOS)场景下的信道特性。研究发现,工厂环境的路径损耗指数与频率并无明确的对应关系,而与其场景中的多种综合因素有关。此外由于工厂环境高反射金属材料较多,金属环境比较恶劣,同一频段的NLOS场景会比LOS场景下信道衰落更加明显,且传输频率越高,信道越易受工厂环境的影响。通过分析工厂两个不同通道场景下的信道参数,发现焊接机器人的数量对接收信号强度影响不大,而焊接机器人对小尺度衰落影响较大,且在高频点的信号测量时,其影响更为明显。本文的研究为工业物联网的信道标准化工作和新技术的研发提供了理论基础,有助于推动中国工业物联网的无线通信发展。
【学位授予单位】:北京交通大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TP391.44;TN929.5

【参考文献】
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