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与地面无线通信环境不同,矿井巷道是空间受限的非自由传播空间,电磁波传播特性非常复杂,多径衰落严重,容易造成符号间干扰(Inter-Symbol Interference,ISI),严重影响了矿井无线通信系统的通信质量。多输入多输出正交频分复用(Multiple Input Multiple Output-Orthogonal Frequency Division Multiplexing,MIMO-OFDM)技术作为4G的核心技术,不但可以消除ISI,有效地对抗多径衰落,而且可以在不增加发射功率和额外带宽的情况下增大信道容量,提高无线通信系统的信息传输速率,在未来实现矿井无线通信高速传输方面具有广阔的应用前景。针对矿井巷道复杂多变、多径衰落严重的特点,本文将MIMO-OFDM技术应用到矿井无线通信系统中,具体研究内容如下:首先,根据电磁波传播理论,利用Maxwell方程、电磁场边界条件和Marcatili近似分析法,对理想矩形矿井巷道的电磁波传播特性进行研究,通过仿真分析,验证了矿井内最佳电磁波传输频率段为900MHz左右,并以此频率作为矿井MIMO-OFDM通信系统的载波频率。其次,介绍了MIMO-OFDM系统的基本原理与系统模型,并通过仿真验证了MIMO信道容量随收发天线数量的增加而增加。MIMO-OFDM系统融合了MIMO与OFDM技术的优势,不但能够抵抗频率选择性衰落,而且可以增加信道容量,提高频谱利用率。随后,详细分析了矿井无线信道的衰落特性,利用Kronecker积,建立了基于Nakagami衰落的空间相关MIMO信道模型,分析了信道模型的空间相关性和信道容量。仿真结果表明:与基于Rayleigh衰落的MIMO信道模型相比,由于该模型可以通过改变参数m来拟合不同的分布,故更适合于复杂的矿井巷道环境;降低信道的相关性、增加天线数量或者增加信道多径数目可以使信道容量增加,从而验证了该模型的合理性。最后,研究了STBC-OFDM和SFBC-OFDM编码技术,在本文所建MIMO信道模型的基础上,对这两种编码以及未编码的OFDM系统进行分析比较。仿真结果表明:STBC-OFDM和SFBC-OFDM编码均比未编码OFDM系统有更好地抗衰落性能;在不考虑多普勒效应的矿井巷道中,STBC-OFDM编码比SFBC-OFDM编码性能更好;信道的空间相关性会严重影响编码性能,为保证编码性能,信道相关系数应小于0.4。