MATLAB地下电磁感应通信理论模型及分析(3)
在电磁感应通信中，传输和接收信号均可由小型号的线圈来实现。线圈的耐辐射性比电偶极子小，所以只有很小的一部分能量会被线圈辐射到远处。因此电磁感应通信中没有多路径衰减问题。不过，电磁感应一般不适用于地面上无线通信。地面上，随着通信距离 增加，磁场强度比电磁波强度衰减得快。但是在地下，电磁感应通信不会像电磁波通信一样由于土壤吸收导致信号严重衰减，这一优点使得电磁感应地下通信将有望完全代替电磁波地下通信。
1.4 本课题主要研究内容
本文中，第一章首先简单描述了本课题研究的目的和意义以及地下无线传感网的发展背景。第二章描述了电磁感应通信的原理和优缺点以及电磁感应通信的应用领域。第三章开始建立电磁感应通信的理论模型，分析其信道特征，研究了系统各参数对电磁感应信号传输路径损耗的影响，如线圈匝数，距离，直径等，并且进行了计算和仿真。第四章在此基础上研究了电磁感应波导技术，因为电磁感应波导技术可以显著减少路径损耗，加大通信距离。特别的，将电磁感应的发送器和接收器建模为变压器的初级和次级线圈，分析中考虑了土壤性质、线圈大小、线圈回路的匝数等多种因素。研究表明虽然普通的电磁感应通信比电磁波通信通信距离大，但对于实际的地下无线传感网络，它们都无法提供足够的通信范围。于是，发展了电磁感应波导技术来加大通信范围，即在发送器和接收器间布置小线圈作为不连续波导的中继点。
2 电磁感应通信
与一般的电磁波通信系统不同，电磁感应通信过程是能量和信息复合无线传输的过程，首先需要传输足够的电能激活感应接收模块，然后才通过电磁感应传递信息。
2.1 电磁感应通信原理
如图2.1所示，电磁感应通信的原理是电磁感应，通过利用发送线圈和接收线圈的电磁耦合，实现信息非接触传输。传输信息可成功由发送模块到接收模块。
信号传输过程中，首先信号发生器输出信号，通过控制发送线圈驱动电路，达到改变发送线圈电压参数的变化，比如频率、幅值和相位变化；根据电磁感应原理，接收线圈能够感知这种变化，并且在接收线圈中体现出来。感应接收模块对接收线圈端电压进行处理，将端电压的参数变化转换为数字信号，即可得到通信接收信号[18]。
图2.1 电磁感应通信原理
电磁感应通信过程本质上是一个数字通信过程，包含了信源信息的编码、调制、驱动和发射，同时接收模块对信息的接收过程也要完成滤波、解调、解码和识别[19]等。
电磁感应通信数字系统模型下图所示：
图2.2 电磁感应通信数字系统模型
2.2 电磁感应通信应用
电磁感应地下通信有许多新的应用领域，例如：土壤状况检测、地震和山体滑坡的预测、地下基础设施建设、运动场草皮管理、景区管理、边境巡逻及安全等。
电磁感应作为广泛便捷的通信技术，在蓝牙方面也得到了应用，例如对于手机或MP3和耳机之间的连接这种近距离通信，利用电磁感应信号强度的快速衰减为各个用户提供私有的传输路径，不用考虑多个用户间的相互干扰。
除了地下，电磁感应通信还可用于许多射频通信不可到达的环境，如人体。建立人体网络用于数据收集、信息传递以及多个站点的微型设备的植入。电磁感应技术用于多个植入物间的信息联系，并且为其提供电力。为了获得身体里的清晰的图像，在向接收线圈传递信息时，还分析了一种新的磁性材料。
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