应用于地下无线传感器网络的磁通信电路分析.pdf

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1、2016焦仪表技术与传感器2016第8期InstrumentTechniqueandSensorNo．8应用于地下无线传感器网络的磁通信电路分析谢璐，杨玉华，单彦虎，武慧军(中北大学，仪器科学与动态测试教育部重点实验室，山西太原030051)摘要：针对地下无线传感器网络中通信效率低、接收点有用信号弱的现状，基于磁感应原理，以磁通信电路模型的建立为切入点。运用互感理论，推导出负载功率、路径损耗和传输效率的表达式，通过理论分析．得到路径损耗以及传输效率分别与天线参数、工作频率、通信距离的具体关系。试验仿真结果表明：通过改变工作频率和天线参数可以弥补实际通信距离的需要，提高通信质量，为地下无

2、线传感网络的应用提供参考。关键词：地下无线传感器网络；磁通信；路径损耗；传输效率中图分类号：TN929文献标识码：A文章编号：1002-1841(2016)08-0123-04Analysis,ofMagneticInductionCommunicationCircuitforWirelessUndergroundSensorNetworksXIELu，YANGYu·hua，SHANYan-hu，WUHui-jun(NorthUniversityofChina，KeyLaboratoryofInstrumentationScience&DynamicMeasurement，Minist

3、ryofEducation，Taiyuan030051，China)Abstract：Forsituationsthatlowcommunicationeficiencyandweakusefulsignalonthereceivingpointwerefacedbywire-lessundergroundsensornetworks(WUSNs)，accordingtomagneticinductionprinciple，establishofmagneticcommunicationcir-cuitmodelwasastheentrypoint，then，theexpression

4、sofloadpower，pathlossandtransmissioneficiencywerededucedbasedonmutualinductiontheory．Moreover，relationsamongpathloss，transmissioneficiency，antennaparameter，working~equencyandcommunicationdistancewereobtained．TestsimulationresultsprovethatcommunicationdistanceCalbeoptimizedbychan—gingworking~eque

5、ncyandantennaparameters，andcommunicationquali~Canbeimproved，thusprovidingreferenceforthe印-plicationoftheundergroundwirelesssensornetwork．Keywords：WUSNs；magneticcommunication；pathloss；transmissioneficiency0引言细分析了基于电磁波通信的通信距离、土壤成分、掩地下无线传感网络具有隐蔽性好、易于部署、可埋深度等对路径损耗的影响，通过仿真分析通信距实时传输数据、保密性好以及覆盖密度高等优点，可

6、离、掩埋深度等对误码率的影响，对信道特点进行了用于土壤环境监测、地震滑坡预测、火山活动监测、安研究。文献[8]对用于地面探测雷达的电磁波在土壤防监控等[1-5]。地下无线传感网络中通信的实现已经中的传输进行了研究。成为信息通信领域的研究热点。国内地下(包括各种矿井的井下巷道、铁路隧道、目前．地面上的无线传感网络通信技术不断发展地铁等)通信起步晚，发展慢，难度大，而且研究机构和完善。地下无线传感器网络的主要传输介质为土较少。牛迪、双凯等对磁感应通信的信道容量进行了壤。面临天线效率低、接收点有用信号弱的难点，这导研究，通过对通信系统的功率比分析，发现Q值越大，致地下无线通信起步晚，发展速度

7、缓慢。国外在这一远距离的信道容量就越大[9]。国家脉冲强磁场科学领域进行了大量的研究工作。在文献[6]中，将电磁中心，华中科技大学，设计了脉冲强磁场测量数据实波通信应用于地下无线传感器网络，通过实验仿真得时远程传输系统。并对基于PCB空心线圈和数字积分出，当选用2．4GHz频率时，传感器间的有效通信只器的脉冲强磁场装置进行了放电电流测量[10-11]。有在通信距离在0．5in时才有可能实现。文献[7]详针对地下介质中磁通信[1]传输效率和路径损