基于OFDM技术的矿井通信基带调制系统的设计

论文摘要

我国煤炭资源丰富,分布广泛,因其价格低廉,在工业生产和日常生活得到了广泛应用,使我国一跃成为是世界上最大的消费和生产国。如今随着经济的快速发展,各行各业对煤炭需求量不断加大,煤炭行业在国民经济中所处的地位日趋凸显。而煤矿井下生产危险性很大,经常能听到关于煤炭生产事故的种种报道,使得社会各界对煤炭行业十分关注,这就要求对煤炭井下生产进行实时定位和状态监测。无线通信技术是不可或缺的,特别是近几年来生产管理和信息技术的不断发展,加上矿井无线通信对带宽、智能信息等的需求越来越多,使得无线通信技术在矿井通信领域中应用的前景越来越好。本文介绍了煤矿井下复杂的通信环境,以及电磁波在矿井中的传播特性,分析了造成电磁波传播衰落的因素,阐明了矿井无线通信中最主要的是多径衰落问题,并分析了多径衰落的成因及造成的不良影响,简单地介绍了矿井抗多径衰落技术的现状,提出了基于OFDM技术的矿井通信基带调制系统的设计。通过OFDM特有的抗多径衰落性能来解决矿井无线通信中严重多径衰落问题,提高系统性能。结合文中提出的设计系统,介绍了系统仿真性能指标,理论上分析了几种调制方式下的频带利用率及误码率特性。然后,通过Matlab软件对矿井环境参数进行设置和仿真,采用QPSK对数据进行调制解调,通过对不同条件下多径衰落误码性能分析,得出误码率曲线,为矿井通信中解决多径衰落问题提供依据。最后,采用DSP技术实现OFDM基带调制系统的设计,并对其外围硬件电路做了详细地分析,提出OFDM系统设计的方案,完成设计任务。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究的背景与意义
• 1.2 OFDM技术的发展
• 1.3 本文主要的研究内容和章节安排
• 2 矿井无线通信技术
• 2.1 矿井无线通信环境分析
• 2.2 巷道中电磁波特性
• 2.3 矿井抗多径衰落现状
• 2.4 现代矿井无线通信技术
• 3 OFDM原理与关键技术
• 3.1 OFDM基本原理
• 3.1.1 串并转换
• 3.1.2 子载波调制
• 3.1.3 离散傅里叶变换（DFT）
• 3.1.4 保护间隔、循环前缀
• 3.2 OFDM关键技术
• 3.2.1 信号同步
• 3.2.2 频偏估计
• 3.2.3 信道估计
• 3.2.4 信道编码和交织
• 3.2.5 降低峰均比
• 3.2.6 调制解调
• 4 OFDM系统性能仿真
• 4.1 仿真性能指标
• 4.1.1 频带利用率
• 4.1.2 误比特率
• 4.2 系统性能仿真
• 4.2.1 系统仿真流程
• 4.2.2 循环前缀长度选择
• 4.2.3 仿真参数设置
• 4.3 仿真结果分析
• 5 OFDM系统的DSP实现
• 5.1 TMS320C6416的基本结构
• 5.2 OFDM系统实现方案
• 5.2.1 TMS320C6416的串行口
• 5.2.2 模数转换器ADS7818
• 5.2.3 数模转换器TLV5636
• 5.2.4 复杂可编程逻辑器件（CPLD）
• 6 结论
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介及读研期间主要科研成果