MATLAB地下电磁感应通信理论模型及分析(2)
2.1 电磁感应通信原理 6
2.2 电磁感应通信应用 7
3 电磁感应地下通信信道特征 8
3.1 系统模型建立 8
3.2 路径损耗 10
3.3 分析及仿真 13
3.3.1 路径损耗分析 13
3.3.2 误码率分析 15
4 地下通信的电磁感应波导技术 17
4.1 系统模型建立 17
4.2 系统优化 18
4.3 定量分析 20
5 结 论 23
6 致 谢 24
7 参考文献 25
1 引言
1.1 课题研究目的和意义
地下无线传感网（WUSNs）与地面无线传感网络的主要区别是信号的传播介质不同。对于无线通信，地下环境充满挑战，因为传播介质不是空气，而是土壤、岩石和水。由于以下的三个原因：1、路径损耗高 2、信道条件不稳定3、线路尺寸大，传统使用的电磁波无线信号传输技术，在地下不再适用。现代研究中，为了创造出稳定的信道条件，并且能用小线圈实现通信，将采用电磁感应地下通信新技术。
本文对地下电磁感应通信在不同土壤介质中的路径损耗和信噪比等进行了详细分析。并且发展电磁感应波导技术，并建立电磁感应波导通信模型，从而减少了传统电磁波通信和普通电磁感应通信中的高路径损耗。文中通过对传统电磁波通信、普通电磁感应通信和改善型的电磁感应波导通信进行了定量的比较，最终采用电磁感应波导技术提高地下通信的通信距离。
1.2 地下无线传感网发展背景
1.2.1 国外透地通信技术研究现状
1.2.2 国内透地通信技术研究现状
1.3 电磁感应与电磁波通信优缺点
传统的电磁波无线通信技术在地下面临了三个主要问题：高路径损耗、信道条件不稳定和天线尺寸大[14]。这些将给地下信号的传播带来很多问题。第一，由于地下土壤岩石和水的吸收，使电磁波信号损耗严重。从而影响信号传播距离。第二，由于土壤的一些性质，例如含水量，土壤成分（沙、泥或土）、密度，随着时间空间有显著的变化（如雨后含水量增加；短距离间土壤特性也会急剧变化）。总之，通信系统的误码率（BER）会随时间地点的变化而变化。信道的不可靠会为传感网的设计，以及实现稳定的连接和经济的效益带来极大挑战。所以电磁波传播路径损耗极大。第三，电磁波传输时需要的线路尺寸很大，虽然减小工作频率能减小路径损耗。但较小的工作频率需要足够大的线路尺寸才能满足高效率地发送和接收电磁波[15]，而这显然与地下传感网应保持较小尺寸相互矛盾。
若地下传感网络埋设的深度较浅，传感器间的通信可直接使用电磁波通过地面上的数据汇点进行。因为此时地下路径短，土壤介质引起的路径损耗和动态信道影响很小。不过，许多地下传感网设备，如地底结构检测，需要埋设在深处，此时只有地下信道可用，所以此时电磁波通信的缺点将不可避免。
电磁感应有望代替埋藏在地下传感网的物理层。它可以解决电磁波通信技术中的动态信道条件不稳定和线路尺寸大的问题。特别的，因为这些材料的磁渗透率[16][17]近似，并且在土壤和水中磁场的衰减比在空气中的更小。这使得对于一段确定的路径，电磁感应信道条件不随时间变化。
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