多天线阵列的矿井超宽带无线通信系统 - 应用科学学报.PDF

第 32 卷 第 4 期 应 用 科 学 学 报 Vol. 32 No. 4 2014年7月 JOURNAL OF APPLIED SCIENCES — Electronics and Information Engineering Jul. 2014 DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2014.04.004 多天线阵列的矿井超宽带无线通信系统 张国鹏， 刘 鹏， 丁恩杰 中国矿业大学 物联 网 （感知矿 山）研究中心，江苏 徐州 221008 摘摘摘 要要要：：： 将多天线阵列 (multi-input multi-output, MIMO) 技术用于改善井下超宽带 (ultra wideband, UWB) 无线通信系统 的误码率性能. 首先，研究单天线 (single input single output, SISO)UWB 系统在矿井巷道的多径 传播特性，以及相应 的抗多径发射/接收策略和误码率性能. 在此基础上，从理论上分析 MIMO 技术进一步提高 UWB 系统抗井下多径衰落 的可行性 ；然后，在不增加系统发射能量和不改变 SISO-UWB 接收机结构 的前提下， 通过增加发射天线数并结合无线信道空时分集理论，提 出用于煤矿井下无线通信 的 MIMO-UWB 系统及其空时 编/解码方案. 实验结果表 明：与传统的 SISO-UWB 收发策略相 比，所研究的 MIMO-UWB 空时编/解码方案在各 类井下多径环境中均能获得 3∼5 dB 的误码率性能增益. 关键词：煤矿井巷 ；超宽带；空时编/解码 ；误码率 中图分类号：TN911.73 文章编号：0255-8297(2014)04-0357-08 A MIMO-UWB Communication System for Coal Mines ZHANG Guo-peng, LIU Peng, DING En-jie Internet of Things Research Center, China University of Mining and Technology, Xuzhou 221008, Jiangsu Province, China Abstract: This paper applies the multi-input multi-output (MIMO) antenna technology to improve the bit error rate (BER) performance of ultra wideband (UWB) systems for underground coal mines. The multipath propagation environment in coal mines is studied. UWB transceivers using single-input single-output (SISO) antennas and their BER performance are analyzed. Feasibility of using MIMO for anti-multipath fading in coal mines is studied theoretically. With the transmission energy and the receiver structure unchanged, a MIMO- UWB based space-time coding/decoding scheme is developed by just increasing the number of transmission antennas. Simulati