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《中国矿业大学》 2010年
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煤矿井巷电波传播理论和MIMO信道建模关键技术研究

郑红党  
【摘要】: 电磁波在煤矿井巷的传输不仅会因巷道壁的吸收引起大的衰耗,更主要的是会频繁地发生反射和散射现象,形成多径效应。研究巷道电波的传播特性,一直是无线通信领域的难点。综合波模理论和几何光学方法的特点,提出运用多波模理论分析巷道内无线信道的大尺度衰落,几何光学方法分析巷道内的小尺度衰落,并建立了巷道内MIMO信道模型。 在研究大尺度衰落过程中发展了波模理论,提出了多波模理论:(1)推导了高次模的介质波导损耗、散射损耗、倾斜损耗、分支损耗以及天线插入损耗的各个公式;(2)给出了波模数目的计算方法及公式;(3)考虑基模和各个高次模的共同作用,进一步推导了多波模作用下的介质波导、散射、倾斜、分支的损耗公式;(4)增大电磁波传输频率,介质波导损耗趋于收敛值;(5)考虑散射与倾斜损耗,给出最佳频率选择参考公式,以及参考表。通过仿真分析电磁波的传输衰落以及电波强度的分布情况,与文献所述实验数据基本相符。 运用几何光学方法――帐篷定律,分析了无线信道的小尺度衰落。(1)定义了帐篷第三定律,把原先的标量建模发展成为矢量建模;(2)建立了巷道内MIMO信道模型。(3)对巷道内MIMO信道相关性进行了公式推导。通过仿真分析在巷道内信道的角度扩展较小,电波传输有较强的方向性,角度功率谱接近于拉普拉斯分布;巷道内的MIMO信道的相关性与天线阵列的布置密切相关,天线阵列最佳位置是垂直于轴心。天线间距达到10l时,可认为信道不相关。仿真结果与实验数据相吻合。 MIMO要求天线阵列单元之间有足够的间距,使相关系数较小,才能够提供有效的子信道。矿井巷道横截面大小是否能够满足此空间要求,是一个关键性的问题。本文运用数学理论——本征模理论,研究分析在隧道受限空间本身(排除工程设计的因素)能够提供的空间自由度,给出了巷道内空间自由度的计算公式,得到了隧道空间能够提供的信道容量上限。通过仿真分析,只要合理的设计通信体,巷道内可提供一定的空间自由度,在距离300m处时,空间自由度为3。
【学位授予单位】:中国矿业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TN011

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前8条
1 陈常山;张申;魏培;;基于量子粒子群算法的MIMO信道容量优化[J];电视技术;2012年23期
2 张申;吴青;李曙俏;魏培;陈常山;;基于非均匀分簇的虚拟MIMO在煤矿巷道“热区”的研究[J];煤矿安全;2012年07期
3 张申;陈常山;胡兵;张倩倩;武鲁晓;;煤矿巷道MIMO信道容量研究[J];煤炭科学技术;2013年01期
4 霍羽;刘逢雪;徐钊;;煤矿井巷天线位置对辐射场分布的影响[J];煤炭学报;2013年04期
5 崔丽珍;曹成;孙瑞璇;高丽丽;;煤矿井下OFDM通信系统同步算法研究和FPGA实现[J];矿业研究与开发;2013年02期
6 张晓光;朱丽萍;于浩;徐钊;;煤矿井巷多径电波接收信号特性分析[J];太原理工大学学报;2011年02期
7 张晓光;李蕾蕾;高芳;鲁坤;徐钊;;井巷BD-TFS-OFCDM无线通信系统性能仿真[J];太原理工大学学报;2011年06期
8 郑红党;王亚男;;矩形隧道中电磁波传输损耗收敛阈值频率分析[J];太原理工大学学报;2013年04期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 孟江涛;邢小刚;;LTE系统隧道覆盖设计探讨[A];2011全国无线及移动通信学术大会论文集[C];2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 孟宪猛;矿井MIMO通信系统的关键技术研究[D];安徽理工大学;2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李永华;张瀚峰;龚萍;吴伟陵;;频率选择性MIMO信道几何模型及容量分析[J];北京邮电大学学报;2007年05期
2 孙继平,石庆冬;矿井感应通信机车插入损耗及专用线理论研究[J];电波科学学报;2001年03期
3 张申;隧道无线电射线传输规律的研究[J];电波科学学报;2002年02期
4 孙继平,成凌飞;矩形隧道中电磁波传播模式的分析[J];电波科学学报;2005年04期
5 成凌飞;孙继平;;矩形隧道围岩电参数对电磁波传播的影响[J];电波科学学报;2007年03期
6 张清毅,朱建铭;透地通信信道特性的研究[J];电波科学学报;1999年01期
7 罗飞;杜明辉;;一种改进的椭圆散射空-时无线信道模型[J];电子学报;2006年12期
8 孙继平,李继生,雷淑英;煤矿井下无线通信传输信号最佳频率选择[J];辽宁工程技术大学学报;2005年03期
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10 高凯;张尔扬;;MIMO信道的三维互相关模型及其相关特性分析[J];国防科技大学学报;2006年06期
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 康桂华;无线MIMO信道的模型、容量、估计和实现算法研究[D];浙江大学;2004年
2 李晶;井下巷道超高频无线电波传播及定位算法的研究[D];天津大学;2006年
3 伍裕江;多天线通信中的天线与信道空间域研究[D];电子科技大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 苏静明;矿井数字移动通信系统研究与设计[D];安徽理工大学;2007年
2 熊艳荣;低频透地通信系统机理研究[D];成都理工大学;2007年
3 张骞;MIMO天线选择技术研究[D];电子科技大学;2008年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 杨全会;蒋朝晖;;无线宽带通信中的MIMO技术[J];安徽职业技术学院学报;2005年04期
2 金朝辉;李倩倩;;呷村银多金属矿数字化建设的探讨[J];信息安全与技术;2012年01期
3 沈陆发;王子华;汪敏;;左手材料平面波导之间的耦合特性[J];半导体光电;2006年03期
4 任建国;胡永明;张学亮;胡正良;;熔锥型单模光纤耦合器的一致性模型[J];半导体光电;2011年01期
5 巨振乐,冯恩信,付君眉;三维显式光束传播法[J];半导体光电;1997年04期
6 娄淑琴,任国斌,王智,延凤平,简水生;椭圆芯光子晶体光纤的传导模式[J];北方交通大学学报;2004年02期
7 吕进文;张立军;陈常嘉;;MIMO系统中改进的天线选择算法[J];北京交通大学学报;2006年02期
8 武桦;贾怀义;;隧道中UHF电波传播特性的分析[J];北京交通大学学报;2006年02期
9 周嗣勇;杨维;;基于V-BLAST的多载波直接序列扩频CDMA系统上行链路性能分析[J];北京交通大学学报;2007年02期
10 李滢;杨维;;OFDM调制技术在矿井巷道中的通信性能仿真分析[J];北京交通大学学报;2009年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 张建国;刘建海;;初步探讨ERP管理思想对数字化矿山建设的推动与发展[A];2011年河北省冶金信息化自动化年会论文集[C];2011年
2 ;Semi-orthogonal Precoder Design with Vector Quantized Channel Information Feedback[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
3 张宇;陈金鹰;;WiFi发展的思考[A];四川省通信学会2011年学术年会论文集[C];2011年
4 马明辉;;海底深部采矿的智能化研究[A];2010全国采矿科学技术高峰论坛论文集[C];2010年
5 肖国军;匡镜明;刘家康;;多星座图映射分层空时结构及其在无线局域网中的应用[A];2005年海峡两岸三地无线科技学术会论文集[C];2005年
6 修春娣;王京;;分布式无线通信系统的MIMO信道容量研究[A];2005年信息与通信领域博士后学术会议论文集[C];2005年
7 黄永明;杨绿溪;;采用分组线性星座预编码OFDM的分层空时传送方式及其迭代接收[A];第十二届全国信号处理学术年会(CCSP-2005)论文集[C];2005年
8 江帆;王墉;杨晨阳;;时空相关信道中下行多用户MIMO系统性能研究[A];第十三届全国信号处理学术年会(CCSP-2007)论文集[C];2007年
9 王墉;江帆;杨晨阳;;下行MU-MIMO与TDMA-MIMO系统性能比较[A];第十三届全国信号处理学术年会(CCSP-2007)论文集[C];2007年
10 龚希陶;王闻今;;DFT扩展的MIMO-OFDM系统中基于导频的信道估计算法[A];2006北京地区高校研究生学术交流会——通信与信息技术会议论文集(上)[C];2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 朱晓亮;波导型微结构光纤与标准光纤的耦合机理研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 于波;MIMO通信系统中的天线选择与预编码技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
3 郭文卓;多天线多用户通信系统关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
4 付文俊;矿井封闭火区救灾辅助决策系统研发[D];辽宁工程技术大学;2010年
5 宫宇;基于STBC-OFDM技术的海上移动通信新框架体系的研究[D];大连海事大学;2010年
6 张昕;基于OFDMA的宽带无线通信系统资源分配研究[D];华南理工大学;2010年
7 吴敏;多天线通信系统中有限反馈技术研究[D];北京交通大学;2010年
8 王阶;MIMO系统中的定向干扰抑制研究[D];电子科技大学;2010年
9 夏欣;多用户MIMO系统中的预编码及用户调度技术研究[D];电子科技大学;2010年
10 吕凌;广义协作通信若干关键技术研究[D];解放军信息工程大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 雷鸣;OFDM系统自适应资源分配算法研究[D];南昌航空大学;2010年
2 黄晶晶;基于球形译码算法的MIMO系统均衡技术[D];南昌航空大学;2010年
3 李攀登;基于OFDM的弹性波透地通信中调制技术的研究[D];山东科技大学;2010年
4 李安亮;弹性波透地通信信道探测关键技术的研究[D];山东科技大学;2010年
5 陈赓;弹性波透地通信信号接收关键技术的研究[D];山东科技大学;2010年
6 张善心;充填采矿法计算机辅助设计技术研究[D];山东科技大学;2010年
7 毛剑;基于MIMO-OFDM系统的均衡技术研究[D];长春理工大学;2010年
8 梁卫敬;MIMO-OFDM系统中基于TGPS的资源分配算法[D];郑州大学;2010年
9 李萌;MIMO-OFDM系统载波同步算法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
10 宋楠;MIMO-OFDM系统的信道估计研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李滢;杨维;;OFDM调制技术在矿井巷道中的通信性能仿真分析[J];北京交通大学学报;2009年02期
2 郑侃,曾国燕,王文博;基于时频联合扩频的OFDM-CDMA性能分析[J];北京邮电大学学报;2004年S2期
3 顾相平;孙彦景;钱建生;;一种改进的无线传感器网络LEACH-ED算法[J];传感技术学报;2008年10期
4 孙继禹;谢红;;MIMO信道在不同条件下的容量分析[J];传感器与微系统;2011年12期
5 王君;朱世华;王磊;;频率选择性衰落环境中MIMO系统信道容量研究[J];电波科学学报;2006年02期
6 成凌飞;孙继平;;矩形隧道围岩电参数对电磁波传播的影响[J];电波科学学报;2007年03期
7 霍羽;徐钊;郑红党;;矩形隧道中的多波模传播特性[J];电波科学学报;2010年06期
8 李忻,聂在平,伍裕江;移动性对MIMO无线信道性能的影响[J];电子科技大学学报;2004年05期
9 王超,李治安,吴德伟,王永良;两种典型的MIMO系统信道容量分析与仿真[J];电子学报;2004年12期
10 庞继勇;李建东;赵林靖;;MIMO相关信道估计中训练序列的最优结构和最佳长度[J];电子学报;2007年S1期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 宋高俊;无线MIMO信道的分集技术研究[D];电子科技大学;2005年
2 李晶;井下巷道超高频无线电波传播及定位算法的研究[D];天津大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张唯希;信道相关性对MIMO系统性能影响的研究[D];南京信息工程大学;2011年
2 吕波;MIMO空间相关性近似算法及性能研究[D];南京信息工程大学;2011年
3 唐婵;WiMAX系统中MIMO分集与复用的自适应切换[D];南京邮电大学;2011年
4 沈磊;基于OFDM技术的矿井通信基带调制系统的设计[D];安徽理工大学;2011年
5 张靖;基于OFDM的矿井抗多径衰落方案研究[D];安徽理工大学;2010年
6 李建勇;粒子群优化算法研究[D];浙江大学;2004年
7 许晓红;无线移动通信中的空时编码技术[D];西安电子科技大学;2004年
8 王阶;MIMO系统中信道估计技术研究[D];电子科技大学;2005年
9 叶金岭;基于FPGA的Rake接收机的研究[D];天津大学;2005年
10 熊艳荣;低频透地通信系统机理研究[D];成都理工大学;2007年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前4条
1 崔洁;徐钊;霍羽;;煤矿井巷无线信道相干带宽的计算[J];工矿自动化;2012年08期
2 惠晓威;辛晓敏;;直接序列扩频矿井通信系统的性能分析[J];计算机测量与控制;2012年09期
3 张晓光;李蕾蕾;高芳;鲁坤;徐钊;;井巷BD-TFS-OFCDM无线通信系统性能仿真[J];太原理工大学学报;2011年06期
4 陈卿;;物联网热点问题研究[J];物联网技术;2012年10期
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 杨世兴;煤矿监测监控系统的现状与发展[J];安防科技;2004年05期
2 康晓涛,黄家才,石要武;高分辩率谐波恢复的互四阶累计量的Pisarenko方法[J];吉林大学学报(信息科学版);2002年02期
3 吴立新,张瑞新,戚宜欣,齐安文,李冰;3维地学模拟与虚拟矿山系统[J];测绘学报;2002年01期
4 刘玉昌,韩恩权,陈妍;基于MATLAB的VLF/LF通信系统仿真[J];电讯技术;2004年05期
5 张新,赵红蕊,陈宜金;人类可持续发展与“数字矿山”研究[J];东北测绘;1999年04期
6 丁丁,龚克;圆极化波室内传播特性研究[J];电波科学学报;1999年03期
7 张申;隧道无线电射线传输规律的研究[J];电波科学学报;2002年02期
8 孙继平,张长森;圆形隧道中电磁波的传输特性[J];电波科学学报;2003年04期
9 余川,王秉中,吴炜霞;移动台适用的平面型紧凑极化分集天线[J];电波科学学报;2003年05期
10 伍裕江,聂在平;移动终端应用极化分集时的性能评估*[J];电波科学学报;2005年04期
中国重要会议论文全文数据库 前4条
1 常占强;吴立新;漆小龙;陈书琳;;基于空间数据仓库的矿山数据挖掘技术探讨[A];第六届全国矿山测量学术讨论会论文集[C];2002年
2 陈书琳;吴立新;漆小龙;;基于网络的业务化办公MGIS系统研究[A];第六届全国矿山测量学术讨论会论文集[C];2002年
3 吴立新;;论数字矿山及其基本特征与关键技术[A];第六届全国矿山测量学术讨论会论文集[C];2002年
4 杨敏;汪云甲;郝庆旺;;关于开放式矿山信息系统架构的研究[A];第六届全国矿山测量学术讨论会论文集[C];2002年
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 肖绍球;平面型可重构天线研究[D];电子科技大学;2003年
2 李忻;新一代无线通信系统中的MIMO信道建模与多天线设计研究[D];电子科技大学;2005年
3 周慧强;MIMO-OFDM下行接收技术研究[D];清华大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前6条
1 李伟;GSM移动通信在井下应用的研究[D];太原理工大学;2004年
2 张晓瀛;OFDM系统信道估计研究[D];国防科学技术大学;2003年
3 伍裕江;MIMO无线通信中的终端多天线设计[D];电子科技大学;2005年
4 裴亮;基于电磁波测距的井下人员定位方法研究[D];山东科技大学;2005年
5 牛丽;受限空间的宽带调制技术研究[D];北京交通大学;2008年
6 李滢;受限空间宽带无线信道统计建模及OFDM调制技术研究[D];北京交通大学;2008年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 兰海,李殿璞,原新,杨丽华;一类MIMO非线性系统的L_2增益干扰抑制方法[J];哈尔滨工程大学学报;2004年06期
2 钟显亮 ,钟音;煤矿井巷采气法[J];安徽科技;1994年07期
3 李剑;;MIMO技术在智能天线中的应用[J];甘肃科技;2009年16期
4 吴勇军;林云;;MIMO系统中信道估计技术[J];黑龙江科技信息;2010年01期
5 鲍慧;杜娟;;MIMO系统中多天线技术的应用研究[J];黑龙江科技信息;2010年35期
6 张瑞;靳婷;;多输入多输出智能天线中的自适应波束形成算法[J];海南大学学报(自然科学版);2006年03期
7 王选宏;肖云;;基于QR分解的快速天线选择算法[J];西北师范大学学报(自然科学版);2010年02期
8 史律;;MIMO系统及其信道容量分析[J];黑龙江科技信息;2010年29期
9 刘谦雷,杨绿溪;用于行对角占优信道矩阵的MIMO盲均衡算法[J];应用科学学报;2004年03期
10 李树德,郭东信;西藏土门格拉煤矿井巷热状态及其稳定性[J];冰川冻土;1980年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 王朝阳;朱瑞平;;用于无线通信的宽带双极化MIMO天线设计[A];2011年全国微波毫米波会议论文集(下册)[C];2011年
2 潘成康;蔡跃明;徐友云;;基于最小速率的MIMO多接入信道容量和最优功率分配策略[A];第九届全国青年通信学术会议论文集[C];2004年
3 牛凯;贺志强;王晓湘;吴伟陵;;MIMO迭代接收的进展[A];通信理论与信号处理新进展——2005年通信理论与信号处理年会论文集[C];2005年
4 顾敬民;梁涛;于勇;;一种新的MIMO发射功率分配算法研究[A];通信理论与信号处理新进展——2005年通信理论与信号处理年会论文集[C];2005年
5 张新华;;红柳煤矿井巷柔模支护作用的FLAC模拟[A];西部矿山建设工程理论与实践[C];2009年
6 张志勇;孙季丰;;基于SMC的MIMO快时变平坦信道盲跟踪[A];全国第二届信号处理与应用学术会议专刊[C];2008年
7 于翠波;李道本;;MIMO在HCS中应用的研究[A];现代通信理论与信号处理进展——2003年通信理论与信号处理年会论文集[C];2003年
8 朱秋琴;张天平;杨月全;;一种改进的MIMO时滞系统的自适应神经网络控制[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
9 张利军;张蕊;杨红;;基于散射体分布MIMO信道模型的均匀线阵与圆阵性能比较[A];2011年全国微波毫米波会议论文集(下册)[C];2011年
10 安国梁;;煤矿井巷工程施工技术展望[A];第六届全国采矿学术会议论文集[C];1999年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 琇文;MIMO战已经开打 未来将无所不在[N];电子资讯时报;2005年
2 ;我爱MIMO[N];网络世界;2004年
3 国家知识产权局知识产权发展研究中心 王雷 国家知识产权局专利局 戴妮;中国已成MIMO专利第四大原创国[N];通信产业报;2008年
4 勤誉;WLAN企业高唱MIMO[N];电子资讯时报;2005年
5 高愉;MIMO增强无线性能[N];中国计算机报;2003年
6 杨阿昭;MIMO推动Wi-Fi[N];中国计算机报;2004年
7 ;MIMO开辟多条无线快车道[N];网络世界;2004年
8 ;WLAN加入安全、管理元素[N];中国计算机报;2005年
9 CPW记者 张戈;NETGEAR MIMO G 改善无线网络环境[N];电脑商报;2005年
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 郑红党;煤矿井巷电波传播理论和MIMO信道建模关键技术研究[D];中国矿业大学;2010年
2 朱秋明;非均匀散射空时频相关MIMO信道建模与仿真研究[D];南京航空航天大学;2012年
3 金颖妮;基于3GPP LTE的MIMO信道建模与信道测量[D];华东师范大学;2010年
4 李化;MIMO信道模型及信道估计技术的研究[D];太原理工大学;2011年
5 林辉;多用户分布式网络MIMO技术的研究[D];北京邮电大学;2011年
6 林辉;多用户分布式网络MIMO技术的研究[D];北京邮电大学;2011年
7 海凛;混合分集MIMO系统的信道建模与应用[D];南京邮电大学;2013年
8 阎磊;MIMO多载波系统的物理层关键技术研究[D];天津大学;2009年
9 廖昕;MIMO无线通信系统的跨层设计研究[D];北京邮电大学;2010年
10 王阶;MIMO系统中的定向干扰抑制研究[D];电子科技大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 黄碧翔;宽带时变MIMO信道建模仿真研究[D];云南大学;2010年
2 马优;MIMO无线信道建模与仿真研究[D];电子科技大学;2010年
3 李柯漫;铁路环境下基于LTE的分布式MIMO无线通信系统研究[D];西南交通大学;2010年
4 许琳莉;MIMO信道建模研究[D];南京理工大学;2010年
5 王乐菲;基于虚拟MIMO的低能耗无线传感器网络的研究[D];山东大学;2010年
6 梁国栋;MIMO准正交空时码算法研究及改进设计[D];电子科技大学;2010年
7 董芃;基于有限反馈的MIMO系统线性预编码研究[D];电子科技大学;2010年
8 王利勇;MIMO检测算法的研究与实现[D];西安电子科技大学;2010年
9 胡国庆;MIMO系统的终端天线耦合研究[D];西安电子科技大学;2011年
10 云峻岭;MIMO信道特征研究及其硬件实现[D];北京邮电大学;2011年
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