基于OFDM礦井無線通信系統(tǒng)研究

摘 要 針對礦井工作環(huán)境的復雜性，為保證礦井通信的有效性和可靠性，本文提出了有效解決礦井無線通信系統(tǒng)多徑衰落的方案，對OFDM技術在礦井中應用進行了優(yōu)化設計。根據(jù)礦井環(huán)境對OFDM通信系統(tǒng)進行參數(shù)設計，從而進行建模仿真，可發(fā)現(xiàn)OFDM明顯地減弱了井下無線通信中多徑衰落的影響。

關鍵詞 OFDM 多徑衰落 無線通信

中圖分類號：TN92 文獻標識碼：A

0引言

隨著煤炭現(xiàn)代化生產要求和自動化技術的提高，無線通信已逐步應用到礦井通信中。煤炭行業(yè)的高危性以及礦難事故頻發(fā)，造成了嚴重的經濟損失和人員傷亡。建立高效且可靠的井下監(jiān)控預警系統(tǒng)，對于提高煤礦的安全開采以及保障工作人員的人身安全十分重要。由此看來，研究和發(fā)展可靠便利的通信系統(tǒng)有著重要的價值和意義。礦井工作環(huán)境特殊，無線電波傳輸在非自由空間內，且最為影響其信號傳播的是電磁波被巷道璧及其他障礙物吸收并產生多徑衰落現(xiàn)象。OFDM技術將高數(shù)碼率信號變成低數(shù)碼率信號，分別調制在每個載波上，從而實現(xiàn)無ISI傳輸，減少多徑衰落對無線通信系統(tǒng)的影響。

1 OFDM用于井下無線通信優(yōu)勢

無線電傳播主要受三個方面因素影響：大尺度衰落、陰影衰落、多徑衰落。而礦井通信具有其特殊性，作業(yè)場地的移動性和工作人員的分散性以及窄小的自由空間使得電磁波的傳播被吸收和反射，導致衰減快且傳輸距離短，使得多徑衰落成為礦井通信中最主要的干擾。而OFDM 技術可以有效地抵抗多徑傳播所帶來的碼間干擾，具有很強的抗惡劣信道的能力。

針對礦井通信的特殊性，下面對OFDM技術用于井下無線通信進行分析，得出其優(yōu)勢：

（1） 通過多個子載波傳輸，使得OFDM抗衰落能力強，同時多個子載波的聯(lián)合編碼，增強了脈沖噪聲和信道快衰落的抵抗力。

（2） 通過對高速率數(shù)據(jù)流進行/并轉換，使得每個子載波上的數(shù)據(jù)符號持續(xù)長度增加，有效地減少了井下通信的ISI的不利影響，適合高速數(shù)據(jù)傳輸。通過循環(huán)前綴，對抗碼間干擾的能力更強。

（3） 由于子信道相互交疊且正交，使得井下無線通信系統(tǒng)最大限度地利用了頻譜資源，提高了頻帶利用率。且OFDM相鄰子載波間在頻譜上有重疊，時域信號有保護間隙。

（4） 采用相對簡單的信道均衡技術，使用IFFT/FFT對OFDM進行調制和解調，可消除符號內部由頻率選擇性衰落信道帶來的碼間串擾（ISI），提高了計算效率。同時可與DSP技術相結合，更容易實現(xiàn)IFFT/FFT。

2 OFDM原理

正交頻分復用技術（OFDM）是近年來通信領域的熱點技術。它有著強大的抗衰落能力和高數(shù)據(jù)傳輸速率。OFMD將高速率的數(shù)據(jù)序列經串/并變換后分割為若干路低速數(shù)據(jù)流，每路低速數(shù)據(jù)采用一個獨立的載波調制，疊加在一起構成發(fā)送信號，獨立的載波調制，疊加在一起構成發(fā)送信號，在接收端用同樣數(shù)量的載波對發(fā)送信號進行相干接收，獲得低速率信息數(shù)據(jù)后，再通過并/串變換得到原來的高速信號。

OFDM系統(tǒng)傳輸表示式為：

為了最大限度的消除碼間干擾，在每個符號之間插入保護間隔，只要保護間隔長度大于信道的最大時延就可以完全消除碼間干擾。同時，OFDM系統(tǒng)的調制和解調還可由IDFT和DFT實現(xiàn)。應用中為提高運算速度，還可以采用快速傅立葉變換來實現(xiàn)。

3結論

礦井無線通信系統(tǒng)中，要綜合考慮多方面因素，如抗噪聲性能、兼容性、抗碼間干擾等。完善的礦井通信系統(tǒng)對于高效生產和礦井工作人員安全有著重要作用。OFDM技術應用于礦井通信后，能夠減少多徑衰落帶來的影響。本文針對礦井下其特殊環(huán)境，將OFDM進一步優(yōu)化設計，并根據(jù)具體環(huán)境進行了參數(shù)選擇和仿真。通過仿真可發(fā)現(xiàn)采用OFDM后，通信系統(tǒng)誤碼率的提高。

參考文獻

[1] 佟學儉.OFDM移動通信技術原理與應用〔M〕.北京：人民郵電出版社，2003（6）.

[2] 李瀅，楊維.OFDM調制技術在礦井巷道中的通信性能仿真分析[J]. 北京交通大學學報，2009（2）：67-72.

[3] 張靖，姚善化.基于OFDM 技術的礦井通信抗多徑衰落方案研究[J].煤炭工程，2009（12）：22-24.

[4] 王文博.寬帶無線通信OFDM技術[M8].北京：人民郵電出版社，2003：46-71.