磁感应通信信道容量研究

牛 迪，双 凯，李伟根

（中国石油大学（北京）地球物理与信息工程学院，北京 102249）

磁感应通信信道容量研究

牛 迪，双 凯，李伟根

（中国石油大学（北京）地球物理与信息工程学院，北京 102249）

作为新兴的通信技术，磁感应通信能在很多特殊环境中替代电磁波通信，比如在地下、水中、海岸附近和洞穴中。信道的容量是通信系统的一个重要技术指标。首先分析了磁感应通信系统的传输功率比，通过对其路径损耗的分析，估算出了3 dB带宽，然后计算出了其信道容量。同时分析了能够影响远距离信道容量的一些关键因素。研究结果发现，线圈的半径和Q值越大，远距离的信道容量就越大。

磁感应通信；电磁波；信道容量；传输功率比

在日常生活和工业应用中，常用的通信手段是电磁波（EM）通信。但是EM通信在一些环境中并不能良好的工作，比如地下[1-2]、海岸附近[3]、水中[4-6]和洞穴中。 在这些环境中，EM通信会遇到这些问题：信道不稳定，大天线尺寸和多路径损耗大。在过去的十年中，磁感应（Magnetic Induction，MI）通信逐渐引起了国外研究人员的注意。对于磁感应通信，信号是通过磁准态静场耦合到接收机上，因此不存在多路径损耗的问题[1-3]。由于发射机和接收机的天线都是线圈，尺寸可以根据工作环境定制，不会存在天线尺寸大的问题。对于大多数的信号传输媒介（空气、水和土壤）而言，其磁导率与空气的磁导率几乎一样，不会随着时间和空间的变化而发生变化，因此磁感应通信的信道稳定[1，3，7-9]。

简而言之，在地下水中和洞穴这样的环境中，磁感应通信比电磁场通信具有3个优势：信道稳定，小天线尺寸和无多路径损耗。……