煤矿巷道的频谱感知技术研究

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1、煤矿巷道的频谱感知技术研究陈军权，张典，张屮（中国矿业大学信息与电气工程学院，中国矿业大学物联网研究中心，江苏徐州221000）摘要：针对煤矿巷道岔道多、巷道长的无线通信环境特点，本文提出一种基于簇的分布式合作频谱感知技术的算法。该算法选取每个巷道分支中SNR最大的节点作为簇头，簇间川分布式介作方式进行频谱感知。仿真结果表明，该算法不仅可以提高低信噪比下的检测概率，而且可以改善合作频谱感知的安全性。关键词：煤矿巷道；合作频谱感知；检测概率；安全性中图分类号：TD655ResearchontheminetunnePsspectrumsensingnetworkCHENJunquan,ZHA

2、NGDian,ZHANGShen（ResearchCentreoftheInternetofThings,SchoolofInformation&ElectricalEngineering,ChinaUniversityofMiningandTechnology,JiangSuXuZhou221000）Abstract:Themineconsistofcomplexandlongtunnels,toachievethewirelesscommunicationintheminetunnel,thispaperproposedakindofdistributedcooperativespe

3、ctrumsensingalgorithmbasedoncluster.ThisalgorithmselectthenodehavethebiggestSNRineverytunnelasthehead,andtheclusterworkinthedistributedcooperativeway.ThesimulationresultshowthatthisalgorithmnotonlycanenhancethedetectedprobabilitywhileenhancetheSNR,butalsocanimprovethenet'ssecurity.Keywords:minetu

4、nnel;cooperativespectrumsensing;delectedprobability;securityo引言煤矿的安全生产与煤矿隧道周围环境参数是密切相关的，因此，对环境参数的实时监测与传输是至关重要的。冇线网络由于井下采煤作业的恶劣环境容易形成监控中断和时间盲区已不适用丁•煤矿巷道。但是巷道无线传播环境恶为，矿井呈多分支、巷道长的特点，H井下巷道为隧道状，地理位置和牛产作业系统等因素对电磁波的传输有诸多限制山。主要表现为电磁波在巷道屮传输存在路径损耗，阴彩衰落和多径衰落等现彖。I大I此，建立适合矿井巷道特性的无线通信系统是非常必要的，作为具有智能认知无线引華的认知无线

5、电系统能够很好的解决煤矿无线通信的难题。而巷道的频谱感知技术作为煤矿认知无线电屮的首要任务和关键技术乂是亟待解决的问题。本文提出了一种慕于簇的分布式频谱合作感知技术的算法。该算法借鉴无线传感器网络中的分簇思想，选取每个巷道分支中SNR最大的认知节点作为簇头认知节点，簇间使用分布式合作方式，对煤矿巷道进行有效的、准确的频谱感知。木文第1节给出了系统模型和感知模型；第2节分别分析簇内和簇间合作感知算法的检测性能；第3节给出全文的结论。1系统模型与感知模型1.1煤矿巷道认知无线电网络结构矿井巷道有拱形、矩形和圆形多种形状，文献［2］孙继平指出，矿井无线传输受工作频率、导体、巷道截而（包括形状尺

6、寸）、拐弯、分支、倾斜、风门等影响。从一个矿井建设作者简介：陈军权，（1989・）,男，湖北荆州，硕上研究生，研究方向：认知无线电、嵌入式与传感器。通信联系人：张申，（1957・），男，教授，通信与信息技术，矿山通信与信息化.E-mail:chcnjunquan0302@yalioo.com.cn完毕后可以改变的因素來看，工作频率、导休等作为通信屮不确定的因索，巷道截血、拐弯、分支和倾斜等因子作为通信中确定或准确定因索⑶，可以将确迢或者准确处的因素作为煤矿巷道认知无线电网络结构來考虑。45图1煤矿巷道认知无线电网络结构Figure1Cognitiveradionetworkstructu

7、reofcollierytunnel图1中白色节点为认知无线电的普通节点，主要用來感知本地频谱信号进行本簇内的信息交互。黑色节点为簇头节点，主要用來接收并融合本簇普通节点的感知信息⑷。501.2煤矿巷道频谱合作感知模型煤矿巷道地形复杂，环境恶劣，频谱检测面临的隐蔽终端、深度衰落和阴影效应筹问题都比地面环境更加严巫。为了提髙煤矿认知无线电中的巷道频谱感知性能，本文提出一种基于分簇的分布合作式频谱感知算法。煤矿巷道频谱感知模型如图2所示