煤矿井下基于空时处理的编码协作MC-CDMA跨层自适应无线传输技术研究

In order to break through the limitation of the existing wireless communication theory, technology and system for underground coal mine, various kinds of resources such as space, time and frequency will be utilized effectively and comprehensively. In this way, we hope that the wireless overlay performance, capacity and data rate of wireless communication system for underground coal mine can be improved significantly. A cross-layer adaptive wireless transmission for Space-Time Coded Cooperation in MC-CDMA for underground coal mine will set up based on the channel condition and tunnel structure of underground coal mine..In the methods of cross-layer design, the combined Space-Time Coding and channel coding, multi-user collaboration mechanism as well as the signal transmission, channel estimation, signal detection theory and algorithm and the radio resource management technology which will adapt underground environment and user requirement, will be studied. The wireless signal transmission, estimation and detection theory and technology as well as the corresponding patents of the proposed scheme will be acquired. The baseband hardware prototype system will be developed to verify scheme and key technology proposed. It will provide the theory foundation and technology support for future optimization design of wireless communication system for underground coal mine and also lays a good foundation for the system realization.

为突破现有煤矿井下无线通信理论、技术与系统的局限性，高效综合利用煤矿井下通信系统的空间、时间、频率等各种资源，以使煤矿井下无线通信系统的无线覆盖性能、容量和速率有突破性的提高，在充分考虑煤矿井下无线传输信道情况与煤矿井下无线通信系统在带状受限空间结构内部署的具体情况下，建立煤矿井下基于空时处理的编码协作MC-CDMA跨层自适应无线传输的体系结构。在跨层设计方式下，研究其中所涉及的联合的空时与信道编码方式，多用户协作机制，信号传输、信道估计和检测理论与算法以及自适应环境与用户需求的无线资源管理技术，获得煤矿井下基于空时处理的编码协作MC-CDMA跨层实现方案信号传输、估计、检测的理论与技术成果及自主知识产权，实现基带硬件原型系统，以验证所提出的无线传输方案和关键算法，为未来煤矿井下无线移动通信系统的优化设计提供理论基础与技术支持，并为系统的实现打下基础。

为突破现有煤矿井下无线通信理论、技术与系统的局限性，高效综合利用煤矿井下通信系统的空间、时间、频率等各种资源，以使煤矿井下无线通信系统的无线覆盖性能、容量和速率有显著的提高。建立煤矿井下基于空时处理的编码协作MC-CDMA跨层自适应无线传输的体系结构，研究其中所涉及的联合的空时与信道编码方式，多用户协作机制，信号传输、信道估计和检测理论与算法，获得煤矿井下基于空时处理的编码协作MC-CDMA跨层实现方案信号传输、估计、检测的理论与技术成果。在煤矿井下无线传输信道与带状受限空间结构的条件下，提出了在上行链路中采用协作分集的MC-CDMA无线传输方案，设计了方案的时频编码协作协议，推导了方案的信道容量公式；提出了一种基于基站瞬时接收信噪比和用户位置的矿井巷道时频编码协作MC-CDMA无线传输协作伙伴选择策略；针对矿井巷道时频编码协作MC-CDMA上行系统，提出了一种基于离散傅里叶变换（DFT）运算的信道估计算法，算法能够在避免多用户间干扰的同时提高导频资源利用率；为了充分利用煤矿井下无线用户有限的功率，提出了煤矿井下时频编码协作MC-CDMA无线传输自适应功率分配算法，可动态地为目标用户和协作用户分配功率；针对煤矿井下时频编码协作MC-CDMA无线传输多用户干扰问题，提出了一种基于粒子群的多用户检测算法，算法能在复杂度相对较低时显著提高系统的无线传输性能；为进一步改善煤矿井下MC-CDMA无线传输网络的性能，提出基于时频编码协作混合自动重传的无线网络联合跨层传输方案，将时频编码协作物理层与MAC层HARQ有机结合，构成时频编码协作HARQ联合跨层传输方案，显著地降低了MC-CDMA调制的峰均功率比，提高了煤矿井下MC-CDMA无线传输网络的性能。课题的上述工作获得了煤矿井下基于空时处理的编码协作MC-CDMA跨层实现方案信号传输、估计、检测的理论与技术成果，高效综合利用了煤矿井下通信系统的空间、时间、频率等各种资源，使煤矿井下无线通信系统的无线覆盖性能、容量和速率有显著的提高，可为未来煤矿井下无线移动通信系统的优化设计提供理论基础与技术支持。