[发明专利]基于多天线单载波调制的矿井无线通信方法

说明书

本发明公开了一种基于多天线单载波调制的矿井无线通信方法，主要解决现有技术功率利用率低、系统定时同步复杂度高的问题。其实现方案为：在发射端分别生成单载波信号、矿井信道的符号定时同步序列和频偏估计序列，在时域对其进行组帧生成低峰均比的发送信号；将发送信号从两根发射天线发送到矿井信道；在接收端先进行符号定时同步确定定时同步位置，再进行频偏估计对接收信号进行频偏补偿；对频偏补偿后的信号依次进行空时译码和信道均衡；最后对均衡后的接收信号进行解映射，得到输出信号。本发明采用单载波调制与基于ZC序列的前导结构，能有效降低系统的峰均比，提高功率利用率和符号定时同步准确性，且简化了同步操作，可用于矿井生产作业。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种矿井无线通信方法，可用于矿井生产作业。

背景技术

我国矿藏资源丰富，煤炭资源作为其中最重要的一种，对经济发展有着至关重要的作用，保持矿井通信联络通畅是矿业安全生产和灾后快速有效救援的重要保障。目前，我国煤矿井下通讯主要分为有线和无线两大类，而由于实际矿井环境非常复杂，矿井有线通信系统存在施工困难、覆盖范围有限、灵活性不足等缺点，其功能在很大程度上受到制约；与矿井有线通信系统相比，矿井无线通信系统具有成本低廉、设备体积小、安装简便、灵活性强等明显优势。因此，矿井无线通信系统是矿井通信领域非常重要的课题之一，将在未来的矿井生产作业中发挥巨大的作用。但目前在实际的矿井无线通信中仍存在如下问题。第一，因为矿井巷道是空间受限的非自由传播空间，其中电磁波传播会因巷道壁和障碍物而产生多径衰落现象，导致产生码间干扰，降低通信系统的可靠性。第二，在矿井无线传输时存在发射功率不能过大的问题，否则容易因电火花引发爆炸事故。

刘赛男等人在论文“MIMO-OFDM在矿井无线通信系统中的应用”中提出一种把正交频分复用OFDM技术和多输入多输出MIMO技术相结合的矿井无线通信方法。该方法虽然可以改善矿井下多径衰落严重的问题，但是OFDM对频偏和定时误差敏感，此外，OFDM本身具有峰均比PAPR高的不足，无法避免非线性功率放大器对信号造成的非线性失真，不能解决矿井实际无线通信中发射功率受限造成的系统功率利用率低的问题。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术存在的不足，提出一种基于多天线单载波调制的矿井无线通信方法，以降低信号的峰均比，提高功率利用率和符号定时同步的准确性。

为实现上述目的，本发明的技术方案包括如下：

(1)对发射端的原始数据依次进行正交相移键控QPSK映射和空时分组编码，对编码后的数据添加循环前缀CP，生成单载波信号x_sc(n)；

(2)根据ZC序列的生成方式分别生成矿井信道的符号定时同步序列A(m)和频偏估计序列B(m)；

(3)将符号定时同步序列A(m)、频偏估计序列B(m)及单载波信号x_sc(n)在时域进行组帧，生成发送信号x(n)，再将生成的发送信号x(n)从N_t个发射天线发送到矿井信道，N_t≥2，得到接收信号y(n)；

(4)对符号定时同步序列A(m)作符号定时同步运算，得到定时同步位置

(4a)将符号定时同步序列A(m)中的四段ZC序列分别与接收信号y(n)进行互相关运算，得到四个符号定时同步部分相关值序列per_cor_i(r)；

(4b)将四个符号定时同步部分相关值序列per_cor_i(r)作取模和累加运算，生成最终用于符号定时同步的相关值序列cor(r)；

(4c)对符号定时同步相关值序列cor(r)作取最值运算，得到定时同步位置

(5)利用频偏估计序列B(m)进行频偏补偿，得到频偏补偿后的接收信号y'(n)：