[发明专利]基于深度接收机的矿井通信方法、系统、计算机设备及介质

说明书

本发明属于矿井通信技术领域，公开了一种基于深度接收机的矿井通信方法、系统、计算机设备及介质，构建矿井巷道的MIMO‑OFDM系统模型；通过建立深度神经网络并进行有效训练，得到有效训练的矿井MIMO‑OFDM通信接收系统的深度接收机模型；将得到的有效训练的矿井MIMO‑OFDM通信接收系统的深度接收机模型进行实际测试，直到恢复原始发射信号。本发明采用基于MIMO‑OFDM技术的矿井无线通信系统，提高系统的容量，降低系统的误码率，可以有效对抗信道的多径衰落。本发明可降低矿井通信系统设计复杂度，有效实现矿井下数据传输。

技术领域

本发明属于矿井通信技术领域，尤其涉及一种基于深度接收机的矿井通信方法、系统、计算机设备及介质。

背景技术

目前，矿井巷道是空间受限的非自由传播空间，电磁波传播特性复杂多变，由此产生的多径衰落现象严重破坏了有用信号的传输相位、频率和幅度特性，其结果是码间干扰(ISI)导致矿井无线通信系统的可靠性急剧下降，电磁波在矿井巷道内的可靠传输距离仅为数百米。煤矿井下的特殊传输环境和安全生产要求矿井无线通信系统提供高数据速率和高可靠性，然而频谱资源匮乏和巷道的特殊传输环境引起的衰落和干扰要求采取措施提高频谱利用率和传输可靠性。

多输入多输出(MIMO)技术利用多根发射天线和多根接收天线进行无线传输，通过多路空间信道的复用和分集技术，能够提高无线通信系统的通信质量和速率。MIMO技术用于窄带(信号带宽小于信道相干带宽)无线通信的准平坦衰落信道，对于宽带无线通信的频率选择性衰落信道显示出不足。正交频分复用(OFDM)是一种高效并行的多载波传输技术，通过串并变换将所传输的高速串行数据流分配到多个正交子信道中并行传输，从而使每个子载波信道的码元宽度大于信道时延扩展，每个子载波信道都是准平坦衰落信道，再通过加入循环扩展从而保证通信系统不受多径干扰引起的ISI的影响，有效地对抗多径衰落。

在通信领域中，数据量的增加、高速的信息传输和高准确率的通信需求给现在的通信系统带来了较大的挑战。此外，现有的通信系统在海量数据处理和系统结构信息的利用上存在局限性，基于这些需求，需要建立新的通信系统理论。人工智能技术广泛的应用于各行各业，并在各行各业中取得了巨大的成功，由于人工智能技术在数据处理和结构化信息的利用上有较大的优势，因此深度学习等人工智能算法慢慢的开始取代传统的通信算法。目前，已有大量算法对信道估计、信道均衡等接收机的单个模块进行优化，虽然基于模块化的优化设计方法能提高该模块的性能，但单个模块的性能最优并不意味着系统整体性能的最优。神经网络模型是基于整体优化设计的，当使用一个完整的神经网络来实现接收机后，可以通过神经网络的整体优化算法来优化网络模型，以实现对系统整体性能的进一步提升。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

为了抵抗矿井无线通信中多径衰落的影响，近年来研究人员从编码调制方面入手，把地面上较优秀的无线技术，如UWB、SISO、MIMO、OFDM和MIMO-OFDM等应用于矿井通信，抵抗矿井通信的多径衰落。

超宽带(UWB)技术，具有低功耗、高数据率、频谱共享、系统复杂度较低、抗多径能力较强的特点，但由于UWB发送信号频谱可由3.1Hz到10.6GHz，跨度很大，这会对其他通信系统产生干扰，同时UWB只适合短距离传输，因此不能满足矿井巷道的长距离通信。

传统的单输入单输出(SISO)即收发端都只有一根天线的通信系统信道容量有限，不能满足矿井通信对信道容量的要求。

多输入多输出(MIMO)技术，它可以提高系统的抗衰落性能，提高信道的容量，但却无法抵抗频率选择性衰落。

正交频分复用(OFDM)技术，将高速数据流进行串/并转换成低速数据流，并采用插入循环前缀的方法，消除ISI的影响，同时其各个子载波频谱互相正交重叠，具有较高的频谱利用率，尤其是自适应OFDM系统具有更强的抗多径能力，因此OFDM可用于矿井无线通信，以克服矿井内严重的多径衰落问题。