【正文】 件差等問題。為了確保安全生產(chǎn)的工作面，以監(jiān)測實(shí)時(shí)面對采煤機(jī)，刮板運(yùn)輸機(jī)械，液壓支架，轉(zhuǎn)載機(jī)，破碎機(jī)和其他大型設(shè)備是必要的。此外，我們必須監(jiān)測地面的壓力、天然氣、一氧化碳、灰塵及其他環(huán)境參數(shù)。同時(shí)，移動語音和圖像通信是必需的。目前，信號監(jiān)測來自于采煤工作面的電纜。由于面臨正在持續(xù)不斷的煤炭開采過程中，各種大型鋼鐵設(shè)備的采煤工作面需要推動和不斷循環(huán)?？臻g的形狀是不斷變化在設(shè)備相對位置變化的同時(shí)。相應(yīng)地，通訊電纜是難以適用于不斷變化的工作場景，使輸電線路損壞或終結(jié)頻繁和使采煤工作面的移動語音和圖像通信不可能。所有這些問題都造成許多潛在安全生產(chǎn)的麻煩。我們認(rèn)為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（無線傳感器網(wǎng)絡(luò)）是可行的實(shí)施監(jiān)測和監(jiān)督的工作面，因?yàn)樗蟹胖渺`活，擴(kuò)展簡單，移動方便，自主調(diào)節(jié)等一些有用的特性。2 、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中的采煤工作面?zhèn)鞲衅骶W(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的采礦工作面是如圖1所示。圖形中，該傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送的信息的采集，通過一個(gè)或多個(gè)跳躍的群集節(jié)點(diǎn)，基站（匯節(jié)點(diǎn)）負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的收集，并傳輸給任務(wù)管理節(jié)點(diǎn)，通過了插槽網(wǎng)絡(luò)，任務(wù)管理節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)綜合處理數(shù)據(jù)，并對傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)出指示。隧道工作面是一個(gè)有限的空間。支架，采煤機(jī)，運(yùn)輸和其他大型金屬設(shè)備的布局和煤，巖石和其他媒體是一個(gè)非均勻受限制的空間，這一切使傳輸通道更加復(fù)雜，傳輸無線傳感器節(jié)點(diǎn)的信號衰退和多路徑的現(xiàn)象較為嚴(yán)重。這些是傳感器網(wǎng)絡(luò)在地面上不同的。因此，收發(fā)器的設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)來說尤其重要。目前，有三個(gè)主要技術(shù)的物理層的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)：窄帶調(diào)制技術(shù)，擴(kuò)頻技術(shù)和超寬帶（ UWB ）技術(shù)。雖然UWB技術(shù)具有一定吸引力的優(yōu)勢，如低功率譜密度，低復(fù)雜系統(tǒng)，低靈敏度的頻道衰落，更好的安全性，等等。考慮到工作面的優(yōu)勢和特點(diǎn)，我們已經(jīng)采用脈沖無線電超寬帶公司（ IR UWB ）技術(shù)，原因是： 1 ） UWB技術(shù)消耗低功耗和低功率譜。低功耗，低成本和小尺寸是最重要的特點(diǎn)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。窄帶調(diào)制技術(shù)，擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)，通常使用正弦載波，中頻和射頻電路中存在的系統(tǒng)，所以消耗更多的功耗比UWB技術(shù)。傳輸介質(zhì)在采煤工作面是不統(tǒng)一的，這導(dǎo)致比無線通信系統(tǒng)在地面上更多的傳輸損耗。因此，低功耗變得尤為重要。在采煤工作面，作為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)呈現(xiàn)帶狀分布，節(jié)點(diǎn)只需要溝通鄰近節(jié)點(diǎn)。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)基礎(chǔ)上的UWB ，消費(fèi)較低的傳輸能量，能滿足要求，并避免干擾對方在窄帶通信節(jié)點(diǎn)。此外，低功耗和高穿透力幫助設(shè)計(jì)安全設(shè)備和傳輸救災(zāi)信號。 2 ）強(qiáng)大的抗干擾能力。在采煤工作面，電力及機(jī)械設(shè)備已分布較窄。當(dāng)設(shè)備啟動或停止，電器火花可能會導(dǎo)致大量的電磁干擾。因此，良好的抗干擾能力是強(qiáng)烈需要在無線通信中應(yīng)用。3 ）良好的抗干擾多路徑的能力。采煤工作面有一定的內(nèi)在特征，如狹窄的空間，更多類型的媒體，多路密集的通道，而紅外UWB可以適用于這一復(fù)雜的環(huán)境與發(fā)揮自己的優(yōu)勢：窄脈沖寬度，脈沖持續(xù)時(shí)間的比例小，高多路徑?jīng)Q議，較強(qiáng)的抗多徑和衰落能力。 4 ）結(jié)構(gòu)簡單。紅外超寬帶，如沒有調(diào)制和上/下變頻頻率，發(fā)射器結(jié)構(gòu)簡單，能耗更低等特征，使其更加可以接受。根據(jù)復(fù)雜的節(jié)點(diǎn)和能耗納入考慮，紅外、UWB技術(shù)是非常適用于設(shè)計(jì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)物理層。因此，相比窄帶調(diào)制技術(shù)，擴(kuò)頻技術(shù)，無線通信系統(tǒng)基于UWB技術(shù)目前在能源消耗，強(qiáng)度，抗多徑和抗噪聲等等方面有著良好表現(xiàn)。調(diào)節(jié)紅外UWB的主要是脈沖幅度放大調(diào)制（ OOK ） ， PPM和BPM（雙相位調(diào)制） ，但存在的脈沖幅度放大調(diào)制和PPM不僅使超寬帶脈沖信號難以滿足一定的頻譜要求，還減少用電，從而增加能源消耗。幾個(gè)紅外超寬帶信號的頻譜如圖2和圖3 所示。由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)需要低功耗，脈沖幅度放大調(diào)制經(jīng)常使用OOK調(diào)制方法，它結(jié)構(gòu)簡單。但是OOK一直表現(xiàn)不佳的誤碼率（誤碼率） ，抗噪性能的BPM調(diào)制如反抖動噪聲更好。工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)將會加強(qiáng)，如果我們通過手冊的情況下，密集多徑環(huán)境的采煤工作面。因此，我們使用BPM形式收發(fā)器系統(tǒng)的工作面。A、傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)變送器采用的BPM形式如圖4所示。信號失真，干擾和噪音所帶來的特殊環(huán)境工作面需要編碼保護(hù)信道編碼交織模塊。數(shù)據(jù)傳輸速率的原始資料較低，這使得它在未模塊化時(shí)難以滿足FCC的要求。我們需要利用擴(kuò)頻碼轉(zhuǎn)換的原始資料，由較大的時(shí)間比轉(zhuǎn)換到一個(gè)較小的時(shí)間比率（納秒） 。然后，我們可以通過脈沖形成電路產(chǎn)生脈沖信號的BPM，可滿足要求FCC的要求。最后使用過濾器來優(yōu)化BMP進(jìn)一步放大信號的頻譜，并把它從天線發(fā)送出去。 該系統(tǒng)使用的高斯脈沖形式的UWB信號。如果波傳播的是一階導(dǎo)數(shù)的Rayleigh脈沖信號發(fā)出后，在理想的情況通過天線轉(zhuǎn)化為二階導(dǎo)數(shù)的高斯脈沖。此外，較低的順序高斯脈沖是，在更遠(yuǎn)的信號可以發(fā)送出相同的數(shù)據(jù)速率。在這里，我們選擇高斯雙，其硬件電路比較容易執(zhí)行和降低能源消耗。雖然干涉窄帶通信系統(tǒng)中存在地面無線通信，高階的高斯是更好地高斯窄脈沖形狀。但是，在采煤工作面我們并不需要考慮干擾其他窄帶通信，迄今為止，無線通信系統(tǒng)基本上在礦采煤工作面不存在的。第二高斯脈沖形狀可以表示為：在這里是用來表示脈沖寬度，假設(shè)輸入信號是，每個(gè)位表示其周期。通道編碼后，每一個(gè)位的序列重復(fù)了N次。代碼持續(xù)時(shí)間，所以每比特由N脈沖寬度組成。如果我們假設(shè)的偽隨機(jī)序列的傳感器節(jié)點(diǎn)K是，長度為N的順序，時(shí)間的長短碼片序列可被和替代。時(shí)間坐標(biāo)的ith框架傳感器節(jié)點(diǎn)K發(fā)出的。 當(dāng)當(dāng)，我們可以認(rèn)為在實(shí)際應(yīng)用中當(dāng)N = 1 時(shí)， UWB波和波形傳送顯示如圖5 。波形圖中從頂部到底的超寬帶波形是UWB波形（波形的代碼“ 0 ”和波形“ 1 ” ） 。 當(dāng)幾個(gè)代碼發(fā)送波形產(chǎn)生。 通過帶通濾波器獲得UWB脈沖。B、接收系統(tǒng)的設(shè)計(jì)接收結(jié)構(gòu)見圖6 。通過接收天線將通過低噪聲放大器和濾波器收到信號。然后振幅的信號將被檢測隧道二極管峰值檢測器查處。然后我們就可以得到一個(gè)長持續(xù)時(shí)間代碼的脈沖波形 ,這個(gè)信號檢測經(jīng)過高通濾波和脈沖伸展的電路。最后一步是取樣和判斷。在這個(gè)設(shè)計(jì)里，我們使用字符的負(fù)阻區(qū)的隧道二極管。在這一區(qū)域，目前的下跌是由于電壓增加。這種消極抵抗的結(jié)果導(dǎo)致非?？斓那袚Q時(shí)間。經(jīng)過檢測隧道和通過高通濾波器和比較器，信號可以延伸和延時(shí)遙感門閂。我們能直接取樣和判斷信號，因?yàn)樾盘柕膶挾?，我們得到的比我們第一次收到更廣泛。接收的種類不同于我們以前使用的方法。例如，文獻(xiàn)555告訴有關(guān)接收器的技術(shù)。正如我們所知，一般相關(guān)接收器的本身集成的電路、精確時(shí)鐘的復(fù)雜性是要高得多。有時(shí)，一般要求信道估計(jì)有關(guān)接收機(jī)需要匹配濾波器據(jù)信道模型參數(shù)。由于地下煤層通道特性極其復(fù)雜，使用信道估計(jì)的可能性就很小了。此外，接收不需要的ADC轉(zhuǎn)換設(shè)備，因?yàn)楸容^器有固定的位置代碼“ 0 ”和“ 1 ” 。此外，拉伸的代碼有一個(gè)相對較長的持續(xù)時(shí)間，這并不需要較高的判斷脈沖精度。因此，整體而言，接收器并不需要復(fù)雜的信道估計(jì)和ADC轉(zhuǎn)換裝置，使能源消耗和復(fù)雜性大大降低。但是，我們不能忽視的缺點(diǎn)是這種接收機(jī)有更大的信號衰減，較低的檢測效率。C、BPM的抗噪聲性能采煤工作面的傳播環(huán)境屬于密集多徑型。我們提到的信道模型的理論被建議和SalehValenzu的渠道模式相結(jié)合，這是礦井采煤工作面的基礎(chǔ)和特征。假設(shè)離散脈沖響應(yīng)為，r(t)是所收到的信號的一個(gè)節(jié)點(diǎn)。那么, . 接收器和發(fā)射器之間的距離約58米，可滿足節(jié)點(diǎn)在采煤工作面的分布要求。代碼持續(xù)時(shí)間是25ns ，持續(xù)時(shí)間的GASSION波是80ps 。根據(jù)這一條件，我們可以得到的曲線，正如圖8中所示.事實(shí)上，當(dāng)我們進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)的誤碼率測試，因?yàn)槊簩油ǖ缽?fù)雜性的特點(diǎn)性能如圖8是不容易看到的。根據(jù)研究結(jié)果，抗噪聲性能變得異常，如衰落的信號和距離和路徑數(shù)額的大規(guī)模增加和減少不成比例的。因?yàn)楫?dāng)我們采用相關(guān)的接收器，BMP傳輸波的相關(guān)系數(shù)為被動關(guān)聯(lián)，高性能的抗噪聲的BPM相關(guān)接收機(jī)優(yōu)于PPM和OOK ?？紤]到結(jié)構(gòu)簡化的接收器和以及特殊性質(zhì)的采煤工作面，即使我們在本文討論的接收器不優(yōu)于有關(guān)接收機(jī)的抗噪聲性能，BMP從整體上看是較合適。3 、結(jié)論由于有限的空間的非均勻介質(zhì)和復(fù)雜的通道性質(zhì)的采煤工作面，我們發(fā)送和接收的信號的模式選擇是非常重要的?？紤]到的BPM沒有離散頻譜時(shí)， “ 0 ”和“ 1 ”出現(xiàn)在相同的概率，如果沒有，離散頻譜的數(shù)額就小，對能耗低的強(qiáng)烈要求是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)具有的吸引力。因此，通信方式可用于采煤工作面。利用高斯分布來發(fā)送信號的來源可滿足地層校正要求。采取復(fù)雜的傳輸信道，使用非相干接收的方法，使用隧道二極管檢測信號，信號經(jīng)過比較和伸展電路進(jìn)行取樣和執(zhí)行判斷。這種方法不需要信道估計(jì)和ADC電路，脈沖采樣精度較高，這些決定了簡化接收機(jī)的結(jié)構(gòu)的可能性很大。然而，該方法比傳統(tǒng)的相關(guān)接收器得到了更大的衰減和壞的抗噪性能。但是讓我們考慮進(jìn)每一個(gè)重要的因素，接收方法適用于特殊環(huán)境的采煤工作面。