基於超寬帶無綫電的礦山無綫通信技術研究 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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張國鵬，錢建生 著

圖書標籤:

• 超寬帶
• UWB
• 無綫通信
• 礦山通信
• 無綫電技術
• 礦山安全
• 信號處理
• 信道建模
• 定位技術
• 工業互聯網

齣版社： 中國礦業大學齣版社

ISBN：9787564637491

版次：1

商品編碼：12344537

包裝：平裝

開本：16開

齣版時間：2017-10-01

用紙：膠版紙

頁數：101

字數：128000

正文語種：中文

內容簡介

　　《基於超寬帶無綫電的礦山無綫通信技術研究》研究復雜礦井網絡環境中的無綫多媒體數據流傳輸問題，增強礦山無綫傳感器網絡的服務質量並延長網絡井下生存期。
　　《基於超寬帶無綫電的礦山無綫通信技術研究》共分6章，涉及超寬帶（UWB）和多天綫（MIMO）融閤理論、抗多徑衰落的MIMO-UWB空時編碼和解碼方案、基於跨層設計的多跳中繼節點選擇和拓撲控製策略等三個具體的研究方嚮，提供瞭增強礦山無綫傳感器網絡服務質量並延長其井下生存期的基本思路。

內頁插圖

目錄

1 緒論
1．1 礦山無綫網絡的工作環境
1．2 麵臨的挑戰
1．3 礦山無綫通信網絡的體係結構
1．4 主要研究內容

2 礦山無綫網絡實現的整體方案
2．1 基於MIMO-UWB的單跳鏈路空時編／解碼方案
2．2 基於多跳傳輸的中繼節點選擇
2．3 麵嚮全網節點能耗平衡的算法優化
2．4 礦山無綫通信網絡的特點

3 基於UWB的井下無綫傳感器網絡倍道模型
3．1 煤礦井下的UWB通信係統
3．2 UWB信號的井下傳播環境
3．3 UWB信號井下傳播的信道建模
3．4 衰減模型
3．5 仿真實驗
3．6 總結與展望

4 礦井環境下的UWB信號發射和接收策略
4．1 礦井環境下的UWB信號傳輸機理
4．2 UWB井巷衰減與多徑傳播特性
4．3 UWB井巷多徑傳播信道模型
4．4 UWB礦井多徑衰落仿真實驗
4．5 礦井UWB信號調製發射策略
4．6 礦井UWB信號接收策略
4．7 結論

5 礦井超寬帶無綫中繼傳輸的誤碼率性能
5．1 礦井環境下UWB點對點傳輸
5．2 UWB單跳直接傳輸鏈路
5．3 UWB中繼傳輸鏈路
5．4 仿真實驗
5．5 結論

6 基於多天綫陣列的礦井超寬帶無綫通信係統研究
6．1 礦井環境下UWB點對點傳輸
6．2 UWB井巷衰減與多徑傳播特性
6．3 基於SISO-UWB的礦井無綫通信
6．4 基於MIMO-UWB的空時編／解碼方案
6．5 仿真實驗
6．6 結論

7 礦山應急通信網絡的組網方案
7．1 礦山應急通信網絡的重要作用
7．2 構建礦山應急通信網絡所麵臨的挑戰
7．3 礦山應急通信網絡的組網研究
7．4 結論

附錄
主要縮略語對照錶
主要數學符號匯總

參考文獻

前言/序言

　　煤礦井下惡劣的無綫通信環境以及大規模多媒體傳感數據的平行、匯聚傳輸，緻使以礦井無綫信道為傳輸介質的無綫傳感器網絡（WSN）齣現數據負載瓶頸，並由此導緻多媒體數據流的QoS（誤碼率、時延和數據速率）無法得到保障等問題。盡管分布式信源編碼和語音、圖像、視頻壓縮處理算法可以在信源端減小多媒體數據的傳輸量（即WSN的數據負載壓力），但仍無法從根本上解決煤礦井下海量數據傳輸以及多媒體數據流的QoS保障問題。煤礦井巷長距離、窄空間結構所導緻的電磁波密集多徑傳播是礦山WSN多媒體數據流傳輸所麵臨的主要環境約束。若能夠有效擬製礦井無綫通信環境中的強多徑衰落，就能在很大程度上突破礦山WSN的數據傳輸瓶頸，從而顯著提高網絡對多媒體數據流的容量並滿足其QoS需求。
　　本書研究基於MIMO-UWB空時理論的WSN煤礦井下抗多徑衰落機理，以增強井下單跳無綫通信鏈路的QoS性能為研究起點，著重解決礦山WSN中基於多跳的MIMO-UWB數據傳輸以及多媒體數據流的QoS保障問題。
　　本書重點研究以下三個方麵內容。
　　1.抗井下強多徑衰落的單跳無綫通信鏈路
　　運用UWB和MIMO無綫通信理論可以有效提高地麵無綫通信係統的抗多徑衰落能力。本書融閤UWB和MIMO技術，研究MIMO-UWB抑製煤礦井下強多徑衰落的關鍵技術。從研究礦山WSN的物理層和數據鏈路層齣發，解決煤礦井下基於MIMO-UWB的空時編／解碼策略等相關問題，提高礦山WSN單跳無綫通信鏈路的QoS性能（誤碼率和單跳數據速率）。
　　2.麵嚮QoS的煤礦井下長距離（多跳）多媒體數據流傳輸
　　受煤礦井下長距離、窄空間限製，礦山WSN多采用多跳組網方式。本書研究瞭煤礦井下麵嚮QoS的多跳、多媒體流傳輸及其QoS保障問題，提齣瞭將單跳（短距離）MIMO-UWB實施方案擴展至礦山WSN網絡層的多跳（長距離）數據傳輸的方案，解決瞭麵嚮QoS的多跳中繼節點選擇策略等網絡層關鍵問題。
　　3.礦山WSN節點的能耗最小化和全網能耗平衡機製
　　煤礦井下高速多媒體數據流傳輸會加速無綫傳感器節點的能量消耗。無綫傳感器節點的能量受限特性以及各節點數據負載量的不一緻性會導緻礦山信息孤島，即網絡覆蓋盲區的過早齣現。為延長WSN的井下生存期、避免網絡覆蓋盲區的過早齣現，本書研究瞭多媒體數據流傳輸過程中傳感器節點的能耗最小化和全網節點的能耗平衡問題，以滿足多媒體數據流的QoS需求為前提，以減小和平衡全網節點的能耗為目標，優化礦山WSN中的多跳中繼節點選擇策略以及中繼節點的能耗策略，有效地延長瞭WSN在井下的生存期。
　　由於時間倉促，加之水平有限，疏漏和不足之處在所難免，敬請讀者批評指正。

《礦山通信新篇章：探索無綫技術的無限可能》 內容概述： 本書深入剖析瞭礦山無綫通信技術的發展現狀、麵臨的挑戰以及未來的發展趨勢。作者以宏觀的視角審視瞭礦山環境對通信係統的特殊要求，並在此基礎上，詳細闡述瞭多種新興無綫通信技術的原理、優勢與局限性，旨在為礦山從業者、技術研發人員以及相關決策者提供一本全麵、深入且具有實踐指導意義的參考著作。 第一章：礦山通信的挑戰與需求 1.1 礦山環境的復雜性： 地質結構與電磁乾擾： 礦井深處、岩層阻隔、礦石的導電性，以及各類采礦設備運行時産生的電磁噪聲，都會對無綫信號的傳播造成嚴重衰減和乾擾。 空間廣闊與結構復雜： 礦井巷道縱橫交錯，範圍廣闊，且存在大量的金屬支架、設備等障礙物，形成復雜的傳播路徑，信號易産生多徑效應和陰影區。 高粉塵、高濕度與易燃易爆環境： 礦井內的惡劣環境對通信設備的可靠性、安全性提齣瞭嚴峻考驗，必須選用符閤防爆標準的設備，並考慮其耐腐蝕、防水防塵能力。 移動性需求： 井下人員和設備移動頻繁，通信係統需要具備良好的移動性支持，保證通信的連續性和低時延。 惡劣天氣與災害風險： 礦山可能麵臨突發的瓦斯爆炸、透水、冒頂等災害，通信係統在此時需要具備極強的魯棒性，能夠快速、可靠地傳遞報警信息和救援指令。 1.2 礦山通信的核心需求： 實時性與低時延： 關鍵任務，如人員定位、設備監控、遠程控製、應急調度等，對通信的時延要求極低，必須保證信息的實時傳遞。 可靠性與穩定性： 任何通信中斷都可能導緻嚴重的生産安全事故，因此，通信的可靠性和穩定性是礦山通信的首要任務。 廣覆蓋與無縫漫遊： 信號需要覆蓋整個礦區，包括所有工作麵、巷道、井口以及地麵調度中心，並支持人員和設備在不同區域間的無縫切換。 安全性： 礦山通信需要保障信息的機密性，防止非法竊聽和乾擾，特彆是在涉及重要生産指令和安全信息時。 高帶寬與海量連接： 隨著智能化采礦的發展，對視頻監控、大數據傳輸、物聯網設備的連接需求日益增長，需要更高的通信帶寬和支持更多終端的連接能力。 易部署與易維護： 考慮到礦井環境的特殊性，通信係統的部署和維護應盡量簡便，降低工程難度和運營成本。 成本效益： 在滿足所有技術需求的前提下，通信係統的建設和運營成本也是重要的考量因素。 第二章：傳統礦山通信技術的局限性 2.1 有綫通信的固有缺點： 部署成本高昂且周期長： 敷設電纜需要打洞、布綫，耗費大量人力物力，且在復雜地質條件下難度更大。 易受損且維護睏難： 電纜容易被采掘活動、塌方、湧水等損壞，一旦損壞，修復難度大，影響範圍廣。 靈活性差： 隨著生産布局的變化，有綫網絡需要重新布綫，難以適應快速變化的生産需求。 數據傳輸速率有限： 傳統有綫通信技術在帶寬和傳輸速率上存在瓶頸，難以滿足日益增長的數據傳輸需求。 2.2 傳統無綫通信技術的不足： Wi-Fi與Zigbee： 覆蓋範圍受限： 信號易受牆體、岩石等障礙物衰減，難以實現大範圍、深層次覆蓋。 穿透能力弱： 尤其是在復雜的礦山環境中，穿透能力不足，容易形成信號盲區。 易受乾擾： 容易受到工業環境中的其他無綫設備和電磁噪聲乾擾，導緻通信不穩定。 時延較高： 對於需要實時響應的應用，其時延可能無法滿足要求。 GSM/CDMA（2G/3G）： 帶寬不足： 難以支持高清視頻、大數據等高帶寬應用。 覆蓋問題： 在地下深處信號衰減嚴重，覆蓋效果不佳。 時延問題： 對於某些實時控製應用，時延仍有待提高。 LTE（4G）/5G（早期應用）： 初期部署成本高： 在礦山環境中部署基站和完善的覆蓋網絡，初期投資巨大。 功耗與散熱問題： 井下部署的通信設備需要考慮功耗和散熱問題，對設備提齣瞭更高要求。 對環境的適應性： 需要適應礦井的潮濕、粉塵等惡劣環境。 第三章：新興無綫通信技術在礦山的潛力 3.1 軟件定義無綫電（SDR）在礦山通信中的靈活性： 適應性強： 通過軟件配置，SDR能夠靈活地適應不同的通信標準和協議，降低瞭對硬件的依賴。 快速部署與升級： 能夠快速部署新的通信功能，並方便地進行軟件升級，以適應不斷發展的技術需求。 頻譜利用率高： 能夠更有效地利用可用頻譜資源，提高通信係統的整體效率。 抗乾擾能力： 通過軟件算法，可以實現更高級的抗乾擾和信號處理功能。 3.2 低功耗廣域網（LPWAN）技術的應用： LoRa/NB-IoT： 長距離覆蓋： 能夠實現數公裏的遠距離通信，有效覆蓋礦井的廣闊區域。 低功耗設計： 終端設備功耗極低，可以實現電池供電，大大降低瞭部署和維護成本。 海量連接能力： 適閤連接大量的傳感器和物聯網設備，實現全麵的數據采集。 應用場景： 礦壓監測、瓦斯濃度監測、人員定位、設備狀態上報等。 3.3 5G通信在礦山的演進與機遇： 高帶寬與低時延： 5G的eMBB（增強移動寬帶）和URLLC（超可靠低時延通信）特性，為高清視頻監控、遠程操控、實時數據分析等應用提供瞭可能。 網絡切片： 能夠為不同的應用場景提供獨立的、定製化的網絡服務，保證關鍵應用的性能。 邊緣計算： 與5G結閤，實現數據在網絡邊緣的就近處理，進一步降低時延，提高響應速度。 智能礦山建設： 5G是實現礦山智能化、無人化作業的關鍵支撐技術。 3.4 工業以太網與無綫技術的融閤： WPAN（Wireless Personal Area Network）： 如Wi-Fi 6（802.11ax）的增強性能，在覆蓋、速率和多用戶接入方麵有顯著提升，可用於局部區域的高速數據傳輸。 TSN（Time-Sensitive Networking）： 確保工業控製係統中數據的確定性傳輸，與無綫技術結閤，實現對實時性要求極高的自動化控製。 第四章：智能礦山通信係統的設計原則與關鍵技術 4.1 係統架構設計： 分層模型： 考慮接入層、網絡層、應用層等不同層次的功能劃分，實現模塊化設計。 融閤通信： 將多種無綫技術進行融閤，形成優勢互補的通信網絡，滿足不同場景的需求。 邊緣計算集成： 將計算能力下沉到網絡邊緣，減少數據傳輸量，提高實時性。 雲平颱支撐： 構建雲端管理平颱，實現對整個通信係統的集中監控、配置和維護。 4.2 關鍵技術探討： 信號傳播模型與覆蓋優化： 針對礦井環境，研究更精確的信號傳播模型，通過基站選址、天綫優化等技術實現信號的有效覆蓋。 抗乾擾與信道估計： 采用先進的信號處理技術，如自適應濾波、信道均衡等，提高通信的魯棒性。 多用戶接入與資源調度： 優化多用戶接入算法，提高頻譜利用效率，保證用戶公平性。 移動性管理與無縫切換： 設計高效的移動性管理機製，保證用戶在移動過程中的通信連續性。 網絡安全防護： 采用加密、認證、訪問控製等技術，保障通信數據的安全。 能效管理： 優化設備功耗，降低運營成本，符閤綠色礦山建設理念。 第五章：礦山無綫通信技術的應用前景與展望 5.1 智能化采礦與自動化作業： 遠程操控： 實現采掘設備、運輸車輛的遠程自動化控製，提高作業效率和安全性。 無人值守： 逐步實現礦井的無人值守，降低人力成本，減少人員暴露在危險環境中的風險。 智能感知與決策： 通過物聯網設備采集海量數據，利用大數據分析和人工智能技術，實現礦山生産的智能感知和輔助決策。 5.2 安全生産與應急響應： 人員精準定位與生命體徵監測： 實時掌握井下人員位置和健康狀況，提高應急救援效率。 災害預警與監測： 實時監測瓦斯、粉塵、溫度、濕度等環境參數，及時發齣預警。 應急通信保障： 在災害發生時，提供穩定可靠的通信通道，支持指揮調度和信息傳遞。 5.3 綠色礦山與可持續發展： 能耗優化： 通過智能化管理和高效通信技術，降低礦山整體能耗。 環境監測： 實時監測礦山環境，保護生態，實現可持續發展。 5.4 未來發展方嚮： 人工智能與機器學習在通信中的深度融閤： 用於網絡優化、故障預測、資源調度等。 天地一體化通信網絡： 將地麵和井下通信與衛星通信相結閤，實現全時域、全方位的通信覆蓋。 區塊鏈技術在礦山數據安全與可信度方麵的應用。 新型傳感技術與通信技術的協同發展。 結論： 礦山無綫通信技術的創新與發展，是推動礦業轉型升級、實現智能化、安全化、綠色化的關鍵驅動力。本書從理論到實踐，從現狀到未來，全麵梳理瞭這一領域的挑戰與機遇，為構建新一代高效、可靠、智能的礦山通信網絡提供瞭寶貴的參考。

評分☆☆☆☆☆

我對這本書的期望，更多地集中在其對“研究”二字的深度挖掘上。一本真正的“研究”類書籍，應該能夠清晰地展現齣作者嚴謹的科學態度和深厚的學術功底。我希望《基於超寬帶無綫電的礦山無綫通信技術研究》能夠帶領我走進一項前沿技術從概念到實踐的完整探索過程。這可能意味著書中會包含大量的理論推導、仿真分析、實驗設計，以及對實驗結果的深入解讀。我特彆關注書中是否能夠對超寬帶技術在礦山環境下的性能進行量化分析，例如在不同深度、不同岩層結構下的信號衰減麯綫，抗乾擾能力的比對測試，以及數據傳輸的可靠性指標。同時，作為一名關注技術發展的讀者，我也期待書中能夠對不同類型的超寬帶技術進行梳理和比較，分析它們各自的優缺點以及在礦山應用中的適用性。更進一步，我希望書中能夠對超寬帶在礦山通信中的標準化、安全性以及未來發展趨勢進行前瞻性的探討，為該領域的進一步研究提供有益的啓示。

評分☆☆☆☆☆

我是一名對科技創新及其在各領域應用的融閤抱有濃厚興趣的普通讀者。當我看到“基於超寬帶無綫電的礦山無綫通信技術研究”這個書名時，我的腦海中立刻浮現齣無數關於地下世界的想象，以及那裏可能存在的通信難題。我對於這本書的期待，是希望它能像一扇窗戶，讓我窺見科技如何為這個相對封閉且充滿挑戰的環境注入新的活力。我猜想書中會詳細介紹超寬帶技術的核心原理，以及它為何能夠勝任礦山這種復雜多變的通信場景。我特彆希望看到作者是如何解決信號衰減、電磁乾擾等問題的，以及這項技術在數據傳輸速度、可靠性以及低功耗方麵的優勢是如何得到體現的。更重要的是，我期待書中能夠描繪齣這項技術在實際礦山應用中的具體場景，比如如何實現精準的人員定位、實時的設備監控，甚至是遠程操控采礦設備，從而大幅提升礦山的自動化水平和安全性。這本書的研究價值，在我看來，在於它能否為礦山行業帶來一場通信技術的革命，從而推動整個産業的升級與發展。

評分☆☆☆☆☆

這本書的齣現，讓我看到瞭科技進步在改變傳統産業方麵所能發揮的巨大力量。作為一名長期關注新興技術在各行各業應用的觀察者，我對於“超寬帶無綫電”這個概念充滿瞭好奇，尤其是將其與“礦山”這一特殊場景結閤起來。我對這本書的期待，是希望它能夠提供一個全麵而深入的視角，來理解這項技術如何能夠剋服礦井下惡劣的通信環境。我猜想書中會詳細剖析礦山通信所麵臨的獨特挑戰，例如信號的穿透性、多徑效應、高密度金屬設備的乾擾等，然後深入淺齣地解釋超寬帶技術是如何針對這些挑戰提齣創新性的解決方案的。我很想知道，作者是如何設計和實現一套適用於礦山環境的超寬帶無綫通信係統的，其中涉及到哪些關鍵的技術細節和工程考量。此外，我還對書中可能包含的實際應用案例和性能評估數據非常感興趣，這能幫助我更直觀地認識到這項技術在提高礦山生産效率、保障人員安全方麵所能帶來的實際效益。

評分☆☆☆☆☆

這本書的標題就極具吸引力——“基於超寬帶無綫電的礦山無綫通信技術研究”。我是一位長期關注礦業發展和技術革新的讀者，一直以來，礦井深處的通信問題都是製約安全生産和效率提升的一大瓶頸。傳統的通信方式，無論是布綫還是使用其他無綫技術，都麵臨著信號衰減嚴重、易受乾擾、鋪設成本高昂、甚至存在安全隱患等諸多挑戰。因此，當看到“超寬帶無綫電”這一可能顛覆傳統的技術齣現在礦山通信領域時，我立刻産生瞭濃厚的興趣。這本書的齣現，無疑為我提供瞭一個深入瞭解這一前沿技術在極端環境下應用前景的絕佳機會。我非常期待書中能夠詳盡地闡述超寬帶技術在礦山井下復雜地質條件下的穿透能力、抗乾擾性能以及其在數據傳輸速率上的優勢。同時，我也希望作者能夠深入探討超寬帶在礦山安全監測、人員定位、設備遠程控製等方麵的具體實現方案，以及相關的技術瓶頸和潛在的解決方案。這本書的研究價值，很可能在於其對現有礦山通信模式的革新潛力，以及為構建更智能、更安全的礦山環境提供技術支撐。

評分☆☆☆☆☆

作為一名對通信技術充滿好奇的普通讀者，我對於“超寬帶無綫電”這個概念本身就感到十分新奇。我通常對那些能夠解決實際問題，尤其是像礦山這種特殊環境下的技術研究特彆感興趣。我印象中的礦山，是一個充滿挑戰的地下世界，信號傳輸睏難重重，而這本書的標題直接點齣瞭“礦山無綫通信技術”，這讓我聯想到書中可能描繪瞭如何將原本可能隻在實驗室或特定應用中使用的超寬帶技術，巧妙地運用到如此復雜和危險的環境中。我猜測書中或許會詳細介紹超寬帶技術的原理，比如它為何能夠實現極高的帶寬和極低的發射功率，以及這種技術在穿透岩石、應對金屬乾擾等方麵的獨特優勢。我還期待書中能夠分享一些案例研究，展示超寬帶技術在實際礦山部署中遇到的問題，以及作者團隊是如何剋服這些睏難的。畢竟，理論研究的價值最終體現在其應用的可行性上。我希望這本書能夠用通俗易懂的語言，讓我這個非專業人士也能領略到這項技術的神奇之處，並理解它對改變礦業麵貌的意義。