CN105763298B - 一种井下协作mimo系统通信模型建立方法 - Google Patents

一种井下协作mimo系统通信模型建立方法 Download PDF

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Abstract

一种井下协作MIMO系统通信模型建立方法，属于MIMO系统通信模型建立方法。所述方法：建立两种通信模型；基于LDPC编码，利用GDSTBC空时编码方法，并结合空时编码协作数据传输方法，构建井下协作MIMO系统通信模型，包括：信源节点先将待发送的信息分为2个数据段；源节点采用LDPC信道编码方式将信号发送至协作节点；协作节点LDPC译码接收信号，得到源节点数据；协作节点在源节点数据中加入校验信息，并LDPC‑GDSTBC编码；源节点和协作节点中对码字进行正交广义约束的差分空时编码(GDSTBC)得到相应码字；源节点和协作节点向目的节点发送信号，构成了两发射天线的差分空时编码方法。该方法实现恶劣环境下可靠通信，提高了系统的编码增益，提高了系统的分集增益，改善了系统的性能。

Description

一种井下协作MIMO系统通信模型建立方法
技术领域
本发明涉及一种MIMO系统通信模型建立方法，特别是一种井下协作MIMO系统通信模型建立方法。
背景技术
传统煤矿井下无线通信的主要方式有动力载波通信，感应通信，协路通信，中频通信等，但这些方法存在抗干扰能力差，传输距离短，使用范围局限性大等问题。随着无线MIMO通信技术的发展，在地面通信应用中，MIMO技术利用分集来对抗信道的衰落，但是由于井下巷道和工作面空间狭小问题，在很多区域，基站并行天线和移动终端并行天线使用都遇到困难。基于此，井下适用的是采用通信节点间的单天线进行协作通信的模式，由多个终端上单根天线相互协作构成虚拟天线阵，构成虚拟的MIMO通信系统，利用MIMO通信系统具有空间分集和空间复用双重优点来对抗无线通信系统中的信道衰落。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种能够提高系统编码增益以及分集增益的井下协作MIMO系统通信模型建立方法。
本发明的目的是这样实现的：井下协作MIMO系统通信模型建立方法：建立两种通信模型；基于LDPC编码，利用GDSTBC空时编码方法，并结合空时编码协作数据传输方法；
具体步骤如下：
步骤S01：源节点将待发送的信息Y被分为两帧，分别为V帧和S帧，并向协作节点发送第一帧数据；协作节点正确译码节点1发送过来的第一帧数据；所述的信息Y的信息量为Kbits；所述的V帧的信息量为N1bits；所述的S帧的信息量为N2bits；
步骤S02：源节点向协作节点发送第二帧数据，协作节点在第二帧内计算出信源节点的剩余N2比特码字S；
步骤S03：在源节点和协作节点中对码字进行正交广义约束的差分空时编码(GDSTBC)，从而得到4个码字(st,st+1)和
步骤S04：源节点和协作节点分别向目的节点发送信息(st,st+1)；
步骤S05：源节点和协作节点分别向目的节点发送信息
所述的两种通信模型，分别为：无采煤机或障碍物时协作通信模型和有采煤机或障碍物时协作通信模型。
所述的无采煤机或障碍物时协作通信模型包括：信源节点先将待发送的信息分为2个数据段，分别包含的信息为N1＝K/R1bits，和N2＝N-N1bits。把Nbits数据进行LDPC编码后，对编码后的每段数据时均按编码协作方式发送，实际在该系统中，协作节点2和冗余节点1分别作为临时目的节点使用；其传输模式可分为四步：
第一阶段，信源节点和冗余节点2，信源节点和协作节点协作发送数据，当协作节点2和冗余节点1均正确解译信源发送的第一阶段数据时，协作节点2与冗余节点1均将获得信源节点待发送信息；
第二阶段，当协作节点2和冗余节点1分别正确译码出信源节点的待发数据后，对该数据进行广义正交条件的差分空时编码(GDSTBC)方案进行编码，从而得到差分码字st,st+1和
第三阶段，协作节点2向目的节点直接发送码字st，而冗余节点1则直接发送码字st+1，且保证协作节点2和冗余节点1同时发送；
第四阶段，协作节点2向目的节点直接发送码字而冗余节点1则直接发送码 字且保证协作节点2和冗余节点1同时发送。根据GDSTBC的编码和译码方法可知，在目的 节点收到的信号为：联合t- 2和t-1时刻的接收信号：(1)yt-2＝h1st-2+h2st-1+nt-2,
得到解码的判决统计信号根据方法，进而可得到源节点所传送的信息。
所述的有采煤机或障碍物时协作通信模型包括：在有采煤机加入通信后的协作模式共分为四个阶段：
第一阶段和第二阶段的实现方案与上面无采煤机或障碍物时完全一致；
第三阶段，协作节点2和冗余节点1将成功译码后的源节点信息划分为相同的2个数据字段，分别包含的信息为N1＝K/R1bits、N2＝N-N1bits；冗余节点1和协作节点2首先发送相同的N1bits，在采煤机上的两个节点正确译码后，协作节点2、冗余节点1以及采煤机上的两个节点将要同时传送N2bits，因此可以构造四发射天线1接收天线的GOC-DSTBC编码方案，从而可以得到N2bits；
根据GOC-DSTBC编码方案，信息的码字编码后的数据为 以及这4个向量组；
第四阶段，协作节点2、冗余节点1以及采煤机上的两个节点分别按顺序依次发送向量以及共分4次发完；
由此构造出4发射天线1接收天线的GDSTBC协作模式；根据GDSTBC的译码原理，在计算出的后验概率后进行LDPC的译码。
有益效果，由于采用了上述方案，该方法采用通信节点间的单天线进行协作通信的模式，由多个终端上单根天线相互协作构成虚拟天线阵，基于LDPC编码，利用GDSTBC空时编码方法，并结合空时编码协作数据传输方法，构成虚拟的MIMO通信系统，利用MIMO通信系统具有空间分集和空间复用双重优点来对抗无线通信系统中的信道衰落。既提高系统的编码增益，又可以提高系统的分集增益，从而改善系统的性能。
附图说明：
图1为本发明示例图。
图2为本发明无采煤机或障碍物时的通信节点布置图。
图3为本发明无采煤机或障碍物时协作通信模型。
图4为本发明采煤机截割煤壁处的通信节点布置情况示意图。
图5为本发明有采煤机或障碍物时协作通信模型。
图6为本发明用户间不同信噪比下误码率曲线。
具体实施方式
实施例1：本发明的方法：建立两种通信模型；基于LDPC编码，利用GDSTBC空时编码方法，并结合空时编码协作数据传输方法，构建井下协作MIMO系统通信模型，既提高系统的编码增益，又可以提高系统的分集增益，从而改善系统的性能。
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
如图1所述，该方法包括以下步骤：
步骤S01：源节点将待发送的信息Y(信息量为K bits)被分为两帧，分别为V(信息量为N1bits)和S(信息量为N2bits)，并向协作节点发送第一帧数据。协作节点正确译码节点1发送过来的第一帧数据；
步骤S02：源节点向协作节点发送第二帧数据，协作节点在第二帧内计算出信源节点的剩余N2比特码字S；
步骤S03：在源节点和协作节点中对码字进行正交广义约束的差分空时编码(GDSTBC)，从而得到4个码字(st,st+1)和
步骤S04：源节点和协作节点分别向目的节点发送信息(st,st+1)
步骤S05：源节点和协作节点分别向目的节点发送信息在传输信源的第二帧信息S时，构成了两发射天线的差分空时编码方案。
如图3所述，无采煤机或障碍物时协作通信模型包括以下内容：信源节点先将待发送的信息分为2个数据段，分别包含的信息为N1＝K/R1bits，和N2＝N-N1bits。把Nbits数据进行LDPC编码后，对编码后的每段数据时均按编码协作方式发送，实际在该系统中，协作节点2和冗余节点1分别作为临时目的节点使用。其传输模式可分为四步：
首先，信源节点和冗余节点2，信源节点和协作节点协作发送数据，当协作节点2和冗余节点1均正确解译信源发送的第一阶段数据时，协作节点2与冗余节点1均将获得信源节点待发送信息。
第二阶段，当协作节点2和冗余节点1分别正确译码出信源节点的待发数据后，对该数据进行广义正交条件的差分空时编码(GDSTBC)方案进行编码，从而得到差分码字st,st+1和
第三阶段，协作节点2向目的节点直接发送码字st，而冗余节点1则直接发送码字st+1，且保证协作节点2和冗余节点1同时发送。
第四阶段，协作节点2向目的节点直接发送码字而冗余节点1则直接发送码 字且保证协作节点2和冗余节点1同时发送。根据GDSTBC的编码和译码方法可知，在目的 节点收到的信号为：联合t- 2和t-1时刻的接收信号：(1)yt-2＝h1st-2+h2st-1+nt-2,
可得到解码的判决统计信号根据方法，进而可得到源节点所传送的信息。
如图5所述，无采煤机或障碍物时协作通信模型包括以下内容：在有采煤机加入通信后的协作模式共分为四个阶段：
第一阶段和第二阶段的实现方案与上面无采煤机或障碍物时完全一致。
第三阶段，协作节点2和冗余节点1将成功译码后的源节点信息划分为相同的2个数据字段，分别包含的信息为N1＝K/R1bits、N2＝N-N1bits。冗余节点1和协作节点2首先发送相同的N1bits，在采煤机上的两个节点正确译码后，协作节点2、冗余节点1以及采煤机上的两个节点将要同时传送N2bits，因此可以构造四发射天线1接收天线的GOC-DSTBC编码方案，从而可以得到N2bits。
根据GOC-DSTBC编码方案，信息的码字编码后的数据为 以及这4个向量组。
第四阶段，协作节点2、冗余节点1以及采煤机上的两个节点分别按顺序依次发送向量以及共分4次发完。
由此构造出4发射天线1接收天线的GDSTBC协作模式。根据GDSTBC的译码原理，在计算出的后验概率后进行LDPC的译码。

Claims (4)

1.一种井下协作MIMO系统通信模型建立方法，其特征是：井下协作MIMO系统通信模型建立方法：建立两种通信模型；基于LDPC编码，利用GDSTBC空时编码方法，并结合空时编码协作数据传输方法；
具体步骤如下：
步骤S01：源节点将待发送的信息Y分为两帧，分别为V帧和S帧，并向协作节点发送第一帧数据；协作节点正确译码节点1发送过来的第一帧数据；所述的信息Y的信息量为K bits；所述的V帧的信息量为N1bits；所述的S帧的信息量为N2bits；
步骤S02：源节点向协作节点发送第二帧数据，协作节点在第二帧内计算出信源节点的剩余N2比特码字S；
步骤S03：在源节点和协作节点中对码字进行 广义正交约束条件下的差分空时编码(GDSTBC)，从而得到4个码字(st,st+1)和
步骤S04：源节点和协作节点分别向目的节点发送信息(st,st+1)；
步骤S05：源节点和协作节点分别向目的节点发送信息
2.根据权利要求1所述的一种井下协作MIMO系统通信模型建立方法，其特征是：所述的两种通信模型，分别为：无采煤机或障碍物时协作通信模型和有采煤机或障碍物时协作通信模型。
3.根据权利要求2所述的一种井下协作MIMO系统通信模型建立方法，其特征是：所述的无采煤机或障碍物时协作通信模型包括：信源节点先将待发送的信息分为2个数据段，分别包含的信息为N1＝K/R1bits，和N2＝N-N1bits。把Nbits数据进行LDPC编码后，对编码后的每段数据均按编码协作方式发送，实际在该系统中，协作节点2和冗余节点1分别作为临时目的节点使用；其传输模式可分为四步：
第一阶段，信源节点和冗余节点2，信源节点和协作节点2协作发送数据，当协作节点2和冗余节点1均正确解译信源发送的第一阶段数据时，协作节点2与冗余节点1均将获得信源节点待发送信息；
第二阶段，当协作节点2和冗余节点1分别正确译码出信源节点的待发数据后，对该数据进行 广义正交约束条件下的差分空时编码 (GDSTBC)方案进行编码，从而得到差分码字st,st+1和
第三阶段，协作节点2向目的节点直接发送码字st，而冗余节点1则直接发送码字st+1，且保证协作节点2和冗余节点1同时发送；
第四阶段，协作节点2向目的节点直接发送码字而冗余节点1则直接发送码字且保证协作节点2和冗余节点1同时发送；根据GDSTBC的编码和译码方法可知，在目的节点收到的信号为：(1)(2)联合t-2和t-1时刻的接收信号：(1)yt-2＝h1st-2+h2st-1+nt-2,
(2)
得到解码的判决统计信号根据方法，进而可得到源节点所传送的信息。
4.根据权利要求2所述的一种井下协作MIMO系统通信模型建立方法，其特征是：所述的有采煤机或障碍物时协作通信模型包括：在有采煤机加入通信后的协作模式共分为四个阶段：
第一阶段和第二阶段的实现方案与上面无采煤机或障碍物时完全一致；
第三阶段，协作节点2和冗余节点1将成功译码后的源节点信息划分为相同的2个数据字段，分别包含的信息为N1＝K/R1bits、N2＝N-N1bits；冗余节点1和协作节点2首先发送相同的N1bits，在采煤机上的两个节点正确译码后，协作节点2、冗余节点1以及采煤机上的两个节点将要同时传送N2bits，因此可以构造四发射天线1接收天线的GOC-DSTBC编码方案，从而可以得到N2bits；
根据GOC-DSTBC编码方案，信息的码字编码后的数据为 以及这4个向量组；
第四阶段，协作节点2、冗余节点1以及采煤机上的两个节点分别按顺序依次发送向量以及共分4次发完；
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