[发明专利]一种矿井巷道上行MC‑CDMA无线传输协作方法

说明书

技术领域

本发明属于井下通信技术领域，具体涉及一种矿井巷道上行MC-CDMA无线传输协作方法。 

背景技术

相比于地面无线信道，矿井巷道无线信道多径衰落更加严重，严重影响了煤矿井下无线通信系统的性能。高效综合地利用煤矿井下通信系统的空间、时间和频率等各种资源，可以使煤矿井下无线通信系统的无线覆盖性能、容量和速率等得到显著地提高。 

多载波调制能有效抗多径衰落，为在移动环境所带来的高度不利的无线信道条件下传输高速数据提供了一种好的解决办法。而码分多址(Code Division Multiple Access,CDMA)具有抗干扰能力强、误码率低和抗多径衰落的突出优点。矿井巷道频率资源是开放的，以多载波技术融合CDMA技术是矿井巷道无线通信的理想基础调制技术之一。在煤矿井下无线传输信道与带状受限空间结构的条件下，在上行链路中采用多载波码分多址(MC-CDMA)无线传输，可以通过充分利用矿井巷道开放的频率资源，克服多径衰落严重对矿井巷道无线传输造成不利的影响。 

协作分集利用无线信道的广播特性，通过多个移动用户相互协作获得上行链路发射分集，可以有效对抗无线信道多径衰落，提高数据速率。矿井巷道空 间是受限的带状空间，非常适宜采用协作多跳的无线通信方式。通过为与基站间信道状况较差用户寻找一个与基站间信道状况较好的协作伙伴，可以显著提高信道状况较差用户的信道容量和误码率性能。这样就不会因为用户移动到信道状况较差的地点，而导致基站与用户间的信道容量衰减过大、通信质量很差甚至通信中断等情况的发生。 

协作分集的方式主要有放大转发(Amplify and Forward,AF)、解码转发(Decode and Forward,DF)和编码协作(Coded Cooperation,CC)等3种方式。放大转发和解码转发只是重复转发所接收到的信息比特，效率较低。而编码协作在本质上是将码字分为2个部分，每一个部分都由协作伙伴之一进行传送，不仅获得了编码增益，而且还可以在协作伙伴之间十分灵活地分配信道编码符号，编码效率很高。 

协作分集的一个关键问题是如何从小区内其他用户中为与基站间信道状况较差的目标用户选择协作伙伴。协作伙伴的选择要综合考虑基站与小区内其他用户及目标用户与小区内其他用户之间的信道状况。煤矿井下巷道为典型的带状结构，矿井巷道移动用户之间的信道状况与用户之间的距离有很大的相关性。这样，基站可以基于矿井巷道移动用户的位置信息对用户之间的信道状况进行度量，基于接收到矿井巷道移动用户的瞬时信噪比对自身与用户间的信道状况进行判断。 

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种矿井巷道上行MC-CDMA无线传输协作方法，在进行矿井巷道上行通信时，首先进行协作伙 伴选择，为与基站间信道状况较差目标用户选择一个与基站间信道状况较好的协作伙伴，然后双方进行矿井巷道上行MC-CDMA无线传输协作。 

本发明所采用的技术方案是： 

一种矿井巷道上行MC-CDMA无线传输协作方法，包括矿井巷道上行MC-CDMA无线传输协作和协作伙伴选择两个部分，所述矿井巷道上行MC-CDMA无线传输协作由时频编码模块和协作传输模块实现，包括以下步骤 

时频编码模块 

对矿井巷道每个移动用户信源经过二相移相键控(Binary Phase Shift Keying，BPSK)调制的数据流进行码元分组，每组有F个码元，F=P*R-N； 

对每个码组进行循环冗余编码即插入N位帧检验序列(Frame Check Sequence,FCS)，N的大小为编码所采用生成多项式的长度减1； 

对插入FCS的码组进行码率为R的卷积编码，最终形成码元个数为P的卷积编码帧，作为矿井巷道移动用户时频码的第一部分，通过调整F，保证P为2的整数次幂； 

对作为矿井巷道移动用户时频码第一部分的卷积编码帧进行时频变换，即将位于后半部分的码字移至前半部分，将位于前面部分的码字移至后半部分，作为矿井巷道移动用户时频码的第二部分。 

协作传输模块