煤矿矿道信道特性测量与研究

论文摘要

中国是一个煤炭资源丰富的国家，也是一个对煤炭资源依赖很严重的国家。近年来，如何减少矿难，保证采矿工人的生命安全越来越受到重视。矿下实时通信是保证煤矿安全的一种重要手段。现在普遍采用的通过有线传感器完成定位的方法有安装复杂，可靠性不高的缺点。而利用无线传感器实现实时通信可以克服这些缺点。本论文利用现有的无线通信技术，设计了煤矿巷道信道测量的软硬件设备，并实地完成了煤矿巷道无线信道特性的测量，进而设计了巷道中无线通信的协议。本论文采用了理论分析，软硬件设计，实地测量和方案设计相结合的研究方法，首先研究和测量了煤矿巷道的信道特性，以此为前提设计了煤矿巷道的通信协议。本论文首先介绍了我国煤矿安全现状，论述了典型的煤矿巷道的无线信道特性。接着本论文研究了现有的煤矿巷道的无线信道模型，通过对比确定性模型和经验模型，确定使用一个路径损耗系数的简便模型作为本论文煤矿巷道无线信道研究的参考模型。在研究了煤矿巷道无线通信信道模型的基础上，本论文确定了煤矿巷道无线信道测试的测试方案，器件选择，软硬件设计方案。重点论述了在转发节点上采用圆极化天线的原因，并提出了一个小型化的圆极化槽天线，给出了仿真结果和测试结果。在软硬件设计完成之后，在煤矿进行了实地测量，本论文给出了测试数据以及与理论模型的比较。针对已经得到的煤矿巷道信道模型，在本论文中接着设计了用于煤矿巷道的无线通信协议。协议设计包括传输机制和帧结构的设计。通过上述的工作，论文中得出了圆极化天线在煤矿巷道通信中的重要作用以及煤矿巷道无线信道的典型特性，并且设计了用于煤矿巷道无线通信的协议。因此本论文得出的结论可以应用与煤矿巷道内无线通信系统的设计。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 引言
• 1.1 课题目的和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 煤矿矿井巷道无线通信特点分析
• 1.2.2 煤矿矿井巷道无线信道建模方法
• 1.2.3 煤矿矿井巷道无线通信协议分析
• 1.3 论文主要内容与结构
• 第2章 基本理论
• 2.1 无线信道的测量和分析
• 2.1.1 窄带信号的快衰落
• 2.1.2 窄带信号的大尺度衰落
• 2.1.3 频率选择性衰落
• 2.2 天线基本原理和重要参数
• 2.2.1 天线的基本原理
• 2.2.2 天线的辐射方向图
• 2.2.3 天线的极化
• 2.3 无线单片机CC1110的基本特性
• 2.3.1 CC1110的体系结构
• 2.3.2 增强型8051单片机
• 2.3.3 CC1110的无线模块
• 第3章 折叠线槽结构圆极化天线
• 3.1 设计小型圆极化天线的必要性
• 3.2 天线结构
• 3.3 天线的仿真结果
• 3.4 天线的实测结果
• 3.5 小结
• 第4章 煤矿矿井巷道无线信道测量系统的设计和测量结果
• 4.1 煤矿矿井巷道无线信道测量系统的硬件设计
• 4.2 煤矿矿井巷道无线信道测量系统的软件设计
• 4.2.1 CC1110的编程环境
• 4.2.2 CC1110的I/O端口设置
• 4.2.3 CC1110发射机的程序设计
• 4.2.4 CC1110发射机的程序设计
• 4.3 煤矿矿井巷道无线信道测量系统实地测量结果
• 第5章 煤矿矿井巷道无线通信协议设计
• 5.1 煤矿矿井巷道无线通信协议设计的必要性
• 5.2 煤矿矿井巷道的无线通信拓扑结构
• 5.3 煤矿矿井巷道无线通信系统包结构设计
• 5.3.1 移动台包
• 5.3.2 上行数据包
• 5.3.3 下行数据包
• 5.3.4 上行信令包
• 5.3.5 下行信令包
• 5.4 煤矿矿井巷道无线通信流程
• 5.4.1 转发节点之间通信单元的流程
• 5.4.2 协议完整工作流程介绍
• 第6章 工作总结和后续展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果