工业脉冲噪声下无线通信系统预编码设计及性能分析

李鑫艳， 张晓光， 王艳芬， 周家思， 孙彦景,2

(1.中国矿业大学 信息与控制工程学院， 江苏 徐州 221116；2.徐州市智能安全与应急协同工程研究中心， 江苏 徐州 221116)

0 引言

随着5G技术在世界范围内逐渐商用，矿山开采过程逐渐趋向无人/少人化，在采煤和掘进等工作面均存在海量大型机械设备和智能装备机器人，通过其动态协同作业实现井下数据高效连续传输[1-2]。采煤机、带式输送机等机械设备撞击、摩擦等产生的机械噪声，以及磁场脉动、电源频率脉动等引起的电磁噪声，会对工业无线通信系统产生严重影响[3]。与传统的加性高斯白噪声相比，工业噪声是随机产生的，脉冲持续时间较短，脉冲功率和高功率谱密度较高，因此可用脉冲噪声模型来描述。工业噪声会导致通信系统的突发数据错误，显著降低数据传输可靠性和通信质量，已成为实现高速、可靠工业无线通信系统的瓶颈。

正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM)技术因其数据速率高的特点被广泛应用于各种工业无线通信场景。与单载波系统相比，OFDM系统对多径衰落和脉冲噪声的影响有一定的鲁棒性，但是当脉冲噪声能量过高时，其通过快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform, FFT)解调过程扩散至所有子信道上，从而导致工业无线通信性能严重下降[4-5]。文献[6]研究了脉冲噪声和高斯噪声下的系统和速率。文献[7-8]分析了具有脉冲干扰的多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output, MIMO)-OFDM工业无线通信的系统和速率。上述文献仅分析了不同脉冲噪声环境下的香农极限。文献[9]比较了5G工业无线通信系统不同预编码设计方案的性能。……