基于超宽带无线电的矿山无线通信技术研究 下载 mobi epub pdf 电子书 2024

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内容简介

　　《基于超宽带无线电的矿山无线通信技术研究》研究复杂矿井网络环境中的无线多媒体数据流传输问题，增强矿山无线传感器网络的服务质量并延长网络井下生存期。
　　《基于超宽带无线电的矿山无线通信技术研究》共分6章，涉及超宽带（UWB）和多天线（MIMO）融合理论、抗多径衰落的MIMO-UWB空时编码和解码方案、基于跨层设计的多跳中继节点选择和拓扑控制策略等三个具体的研究方向，提供了增强矿山无线传感器网络服务质量并延长其井下生存期的基本思路。

内页插图

目录

1 绪论
1．1 矿山无线网络的工作环境
1．2 面临的挑战
1．3 矿山无线通信网络的体系结构
1．4 主要研究内容

2 矿山无线网络实现的整体方案
2．1 基于MIMO-UWB的单跳链路空时编／解码方案
2．2 基于多跳传输的中继节点选择
2．3 面向全网节点能耗平衡的算法优化
2．4 矿山无线通信网络的特点

3 基于UWB的井下无线传感器网络倍道模型
3．1 煤矿井下的UWB通信系统
3．2 UWB信号的井下传播环境
3．3 UWB信号井下传播的信道建模
3．4 衰减模型
3．5 仿真实验
3．6 总结与展望

4 矿井环境下的UWB信号发射和接收策略
4．1 矿井环境下的UWB信号传输机理
4．2 UWB井巷衰减与多径传播特性
4．3 UWB井巷多径传播信道模型
4．4 UWB矿井多径衰落仿真实验
4．5 矿井UWB信号调制发射策略
4．6 矿井UWB信号接收策略
4．7 结论

5 矿井超宽带无线中继传输的误码率性能
5．1 矿井环境下UWB点对点传输
5．2 UWB单跳直接传输链路
5．3 UWB中继传输链路
5．4 仿真实验
5．5 结论

6 基于多天线阵列的矿井超宽带无线通信系统研究
6．1 矿井环境下UWB点对点传输
6．2 UWB井巷衰减与多径传播特性
6．3 基于SISO-UWB的矿井无线通信
6．4 基于MIMO-UWB的空时编／解码方案
6．5 仿真实验
6．6 结论

7 矿山应急通信网络的组网方案
7．1 矿山应急通信网络的重要作用
7．2 构建矿山应急通信网络所面临的挑战
7．3 矿山应急通信网络的组网研究
7．4 结论

附录
主要缩略语对照表
主要数学符号汇总

参考文献

前言/序言

　　煤矿井下恶劣的无线通信环境以及大规模多媒体传感数据的平行、汇聚传输，致使以矿井无线信道为传输介质的无线传感器网络（WSN）出现数据负载瓶颈，并由此导致多媒体数据流的QoS（误码率、时延和数据速率）无法得到保障等问题。尽管分布式信源编码和语音、图像、视频压缩处理算法可以在信源端减小多媒体数据的传输量（即WSN的数据负载压力），但仍无法从根本上解决煤矿井下海量数据传输以及多媒体数据流的QoS保障问题。煤矿井巷长距离、窄空间结构所导致的电磁波密集多径传播是矿山WSN多媒体数据流传输所面临的主要环境约束。若能够有效拟制矿井无线通信环境中的强多径衰落，就能在很大程度上突破矿山WSN的数据传输瓶颈，从而显著提高网络对多媒体数据流的容量并满足其QoS需求。
　　本书研究基于MIMO-UWB空时理论的WSN煤矿井下抗多径衰落机理，以增强井下单跳无线通信链路的QoS性能为研究起点，着重解决矿山WSN中基于多跳的MIMO-UWB数据传输以及多媒体数据流的QoS保障问题。
　　本书重点研究以下三个方面内容。
　　1.抗井下强多径衰落的单跳无线通信链路
　　运用UWB和MIMO无线通信理论可以有效提高地面无线通信系统的抗多径衰落能力。本书融合UWB和MIMO技术，研究MIMO-UWB抑制煤矿井下强多径衰落的关键技术。从研究矿山WSN的物理层和数据链路层出发，解决煤矿井下基于MIMO-UWB的空时编／解码策略等相关问题，提高矿山WSN单跳无线通信链路的QoS性能（误码率和单跳数据速率）。
　　2.面向QoS的煤矿井下长距离（多跳）多媒体数据流传输
　　受煤矿井下长距离、窄空间限制，矿山WSN多采用多跳组网方式。本书研究了煤矿井下面向QoS的多跳、多媒体流传输及其QoS保障问题，提出了将单跳（短距离）MIMO-UWB实施方案扩展至矿山WSN网络层的多跳（长距离）数据传输的方案，解决了面向QoS的多跳中继节点选择策略等网络层关键问题。
　　3.矿山WSN节点的能耗最小化和全网能耗平衡机制
　　煤矿井下高速多媒体数据流传输会加速无线传感器节点的能量消耗。无线传感器节点的能量受限特性以及各节点数据负载量的不一致性会导致矿山信息孤岛，即网络覆盖盲区的过早出现。为延长WSN的井下生存期、避免网络覆盖盲区的过早出现，本书研究了多媒体数据流传输过程中传感器节点的能耗最小化和全网节点的能耗平衡问题，以满足多媒体数据流的QoS需求为前提，以减小和平衡全网节点的能耗为目标，优化矿山WSN中的多跳中继节点选择策略以及中继节点的能耗策略，有效地延长了WSN在井下的生存期。
　　由于时间仓促，加之水平有限，疏漏和不足之处在所难免，敬请读者批评指正。
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