一種基于協(xié)作的深穿透通信系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于協(xié)作的深穿透通信系統(tǒng)和方法,該通信系統(tǒng)中的信號發(fā)射端包括至少兩個深穿透通信設(shè)備,且相互協(xié)作同時向信號接收端中的深穿透通信設(shè)備發(fā)送消息。據(jù)此通過多發(fā)射天線同步協(xié)作發(fā)射機制來進行無線深穿透通信。基于方案實現(xiàn)的基于協(xié)同的深穿透通信方案,通過對深穿透通信系統(tǒng)引入多發(fā)射天線同步協(xié)作發(fā)射機制,增強接收端的信號強度,本方案能夠在不改變原有通信設(shè)備配置,大幅增加穿透通信的距離。
【專利說明】
-種基于協(xié)作的深穿透通信系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明設(shè)及通信技術(shù),具體設(shè)及深穿透通信技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 在地下、山體、水下等環(huán)境中,基于電磁波的無線通信信道受到很大的限制,無法 穿透地層、水體等,不能提供可靠的遠距離穿透通信。
[0003] 在現(xiàn)有的技術(shù)中,深穿透通信是一種可靠的遠距離透地通信技術(shù),可被應(yīng)用于地 下、山體、水下等復(fù)雜環(huán)境中。但是受限于復(fù)雜環(huán)境中有限的空間無法布置面積較大的發(fā)射 天線;并且由于極端環(huán)境下缺少電力輸送,W及某些特殊環(huán)境下有防爆的特殊要求(例如地 下煤礦),天線的發(fā)射功率同樣受到限制。由于W上兩點原因,地下深穿透通信的發(fā)射距離 受到一定限制。
[0004] 在現(xiàn)有改進深穿透通信發(fā)射距離的技術(shù)有波導(dǎo)接力方法,但運種方法需要在接收 端和發(fā)射端之間的連線上連續(xù)布置多個無源接力線圈,需要額外的成本,并且在系統(tǒng)的布 置上無法適應(yīng)一些復(fù)雜的環(huán)境,例如地下到地下穿透通信。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 本發(fā)明針對現(xiàn)有深穿透通信技術(shù)在遠距離通信的可靠性方面所存在的問題,而提 供一種能夠?qū)崿F(xiàn)遠距離可靠通信的深穿透通信系統(tǒng)。
[0006] 在此基礎(chǔ)上,本發(fā)明還提供一種能夠進行遠距離可靠通信的深穿透通信方法。
[0007] 為了達到上述目的,本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案:
[000引針對目的1: 一種基于協(xié)作的深穿透通信系統(tǒng),所述通信系統(tǒng)中的信號發(fā)射端包括 至少兩個深穿透通信設(shè)備,且相互協(xié)作同時向信號接收端中的深穿透通信設(shè)備發(fā)送消息。
[0009] 優(yōu)選的,所述信號發(fā)射端中的深穿透通信設(shè)備布置在同一平面上。
[0010] 針對目的2:-種基于協(xié)作的深穿透通信方法,所述通信方法通過多發(fā)射天線同步 協(xié)作發(fā)射機制來進行無線深穿透通信。
[0011] 優(yōu)選的,所述通信方法的通信過程如下:
[0012] (1)信號發(fā)射端中的至少深穿透通信設(shè)備之間完成協(xié)作同步;
[0013] (2)協(xié)作同步后的深穿透通信設(shè)備同時向信號接收端中的深穿透通信設(shè)備發(fā)送消 息;
[0014] (3)信號接收端的深穿透通信設(shè)備在接收到所有的消息后,向信號發(fā)射端中的所 有深穿透通信設(shè)備發(fā)送確認信息。
[0015] 優(yōu)選的,所述步驟(1)中各深穿透通信設(shè)備之間通過發(fā)送協(xié)作請求來達成同步協(xié) 議,由此完成協(xié)作同步。
[0016] 基于方案實現(xiàn)的基于協(xié)同的深穿透通信方案,通過對深穿透通信系統(tǒng)引入多發(fā)射 天線同步協(xié)作發(fā)射機制,增強接收端的信號強度,本方案能夠在不改變原有通信設(shè)備配置, 大幅增加穿透通信的距離。
[0017] 本方案相對于現(xiàn)有的深穿透通信方案,能夠有效提高接收端的信號強度,提高穿 透通信質(zhì)量。
【附圖說明】
[0018] W下結(jié)合附圖和【具體實施方式】來進一步說明本發(fā)明。
[0019] 圖1為本發(fā)明實例中深穿透通信設(shè)備的示意圖;
[0020] 圖2為本發(fā)明實例中基基于協(xié)作的深穿透通信的流程圖;
[0021 ]圖3為本發(fā)明中進行深穿透協(xié)作通信的實例圖;
[0022] 圖4為本發(fā)明中深穿透通信系統(tǒng)在協(xié)作與非協(xié)作模式下接收端的距離與磁場強度 關(guān)系圖;
[0023] 圖5為本發(fā)明中進行多層深穿透協(xié)作通信的實例圖。
【具體實施方式】
[0024] 為了使本發(fā)明實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解,下面結(jié) 合具體圖示,進一步闡述本發(fā)明。
[0025] 本實例對深穿透通信系統(tǒng)引入多發(fā)射天線同步協(xié)作發(fā)射機制,增強接收端的信號 強度,由此實現(xiàn)在不改變原有通信設(shè)備配置的情況下,大幅增加穿透通信的距離。
[0026] 由此,本實例中采用基于協(xié)作的深穿透通信系統(tǒng)方案,該通信系統(tǒng)主要包括信號 發(fā)射端和信號接收端兩部分,其中信號發(fā)射端中包括至少兩個深穿透通信設(shè)備,而信號接 收端中包括至少一個深穿透通信設(shè)備.
[0027] 參見圖1,其所示為本實例中深穿透通信設(shè)備的示意圖。由圖可知,該深穿透通信 設(shè)備包括接收天線1,發(fā)射天線2,主控機3 ;主控機包含微控制器和與天線匹配的接收和發(fā) 射電路,W及按需求配備的外設(shè),例如按鍵輸入設(shè)備。
[0028] 據(jù)此,為了實現(xiàn)多發(fā)射天線同步協(xié)作發(fā)射機制,信號發(fā)射端中的多個深穿透通信 設(shè)備布置在同一平面上,且深穿透通信設(shè)備之間相互協(xié)作同時向信號接收端中的深穿透通 信設(shè)備發(fā)送消息,由此來提高接收端的信號強度,提高穿透通信質(zhì)量。
[0029] 基于上述的基于協(xié)作的深穿透通信系統(tǒng),其實施過程如下:
[0030] 在場景中,深穿透通信設(shè)備A需要發(fā)送消息給深穿透通信設(shè)備C,深穿透通信設(shè)備B 與A放置在同一平面上,其中通信設(shè)備A與通信設(shè)備B的線圈面積均為St,通信設(shè)備C的線圈 面積為Sr,通信設(shè)備A與通信設(shè)備C的距離為ri,通信設(shè)備B與通信設(shè)備C的距離為通信設(shè) 備C與通信設(shè)備B的俯角為0。
[0031] 據(jù)此,進行深穿透通信的流程如下(參見圖2):
[0032] 步驟1:通信設(shè)備A向通信設(shè)備B發(fā)送協(xié)作請求,并完成設(shè)備間的同步;
[0033] 步驟2:通信設(shè)備B向通信設(shè)備A發(fā)送ACK包,確認已收到協(xié)作通信請求,并已達成同 步協(xié)議;
[0034] 步驟3:通信設(shè)備A與通信設(shè)備B同時向通信設(shè)備C發(fā)送信息。
[0035] 通信設(shè)備C所接收到的通信設(shè)備A發(fā)送的信號為:
[0036]
其中,y為傳輸介質(zhì)磁導(dǎo)率,I為信號發(fā)送電流; 9
[00;3 引
[0037]通信設(shè)備C所接收到的通信設(shè)備B發(fā)送的信號為:
[0039]
[0040]
[0041] 步驟4:通信設(shè)備C在收到信息后確認,發(fā)送ACK包給通信設(shè)備A與通信設(shè)備B,結(jié)束 此次協(xié)作通信。
[0042] 下面通過一應(yīng)用實例來詳細描述本發(fā)明的方案。
[0043] 參見圖3,在本應(yīng)用實例中,地下深穿透通信設(shè)備A與地面深穿透通信設(shè)備相距rl = 400米;地下深穿透通信設(shè)備B與深穿透通信設(shè)備A處于同一平面上,相距d = 200米,地面 設(shè)備與通信設(shè)備B的俯角為0。
[0044] 為了實現(xiàn)地上到地下的可靠無線通信,需在地面和地下空間配置深穿透通信系統(tǒng) 節(jié)點,深穿透通信節(jié)點W電池供電且可移動。
[0045] 察地層介質(zhì)的磁導(dǎo)率屬性,如無大規(guī)模鐵礦、金礦等磁導(dǎo)物質(zhì)存在,則底層磁導(dǎo)率 與空氣接近(例如地下煤礦、銅礦等場景),可W實施深穿透通信系統(tǒng)方法。
[0046] 根據(jù)實際環(huán)境特別是地下環(huán)境配置收發(fā)天線。
[0047] 其中,接收天線由于體積較小,可W統(tǒng)一按成本和工藝條件配備。
[004引而發(fā)送天線除了根據(jù)成本和工藝外,需考察地下布置環(huán)境空間,W選擇合適尺寸 的發(fā)送天線。發(fā)送線圈由通電電纜經(jīng)過一定特殊處理制成,展開后可為直徑為1米~32米的 圓型線圈。根據(jù)實際環(huán)境展開形狀可能不同,但標準圓形展開是效果最佳的方案(參見圖 Do
[0049] 根據(jù)設(shè)備電池和工作時間等需要,設(shè)定系統(tǒng)發(fā)送功率。
[0050] 在完成上述布置方案后,根據(jù)步驟1~步驟2方法配置包括物理層及W上所有通信 協(xié)議。
[0051 ]按步驟3配置地面設(shè)備與地下設(shè)備的通信協(xié)議。
[0052] 將設(shè)備帶入地面和地下環(huán)境現(xiàn)場,基于協(xié)作的深穿透通信系統(tǒng)搭建完成,可W實 現(xiàn)地上地下可移動的雙向深穿透通信。
[0053] 該通信系統(tǒng)可W使地上通信設(shè)備接收到的增強磁場信號為:
[0化4]
[0055] 參見圖4,所示為協(xié)作節(jié)點相距200米、400米和無協(xié)作節(jié)點下,通信距離和通信信 號強度的關(guān)系,可W看出基于協(xié)作的深穿透通信方法帶來的提升。
[0056] 在上述實例的基礎(chǔ)上,本方案還可進一步實現(xiàn)多層之間的深穿透協(xié)作通信,具體 應(yīng)用示意圖參見圖5,基本原理和過程如上所述,此處不再寶述。
[0057] W上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù) 人員應(yīng)該了解,本發(fā)明不受上述實施例的限制,上述實施例和說明書中描述的只是說明本 發(fā)明的原理,在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下,本發(fā)明還會有各種變化和改進,運些變 化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其 等效物界定。
【主權(quán)項】
1. 一種基于協(xié)作的深穿透通信系統(tǒng),其特征在于,所述通信系統(tǒng)中的信號發(fā)射端包括 至少兩個深穿透通信設(shè)備,且相互協(xié)作同時向信號接收端中的深穿透通信設(shè)備發(fā)送消息。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于協(xié)作的深穿透通信系統(tǒng),其特征在于,所述信號發(fā)射 端中的深穿透通信設(shè)備布置在同一平面上。3. -種基于協(xié)作的深穿透通信方法,其特征在于,所述通信方法通過多發(fā)射天線同步 協(xié)作發(fā)射機制來進行無線深穿透通信。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于協(xié)作的深穿透通信方法,其特征在于,所述通信方法 的通信過程如下: (1) 信號發(fā)射端中的至少深穿透通信設(shè)備之間完成協(xié)作同步; (2) 協(xié)作同步后的深穿透通信設(shè)備同時向信號接收端中的深穿透通信設(shè)備發(fā)送消息; (3) 信號接收端的深穿透通信設(shè)備在接收到所有的消息后,向信號發(fā)射端中的所有深 穿透通信設(shè)備發(fā)送確認信息。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于協(xié)作的深穿透通信方法,其特征在于,所述步驟(1) 中各深穿透通信設(shè)備之間通過發(fā)送協(xié)作請求來達成同步協(xié)議,由此完成協(xié)作同步。
【文檔編號】H04B13/02GK105846913SQ201610152323
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年3月17日
【發(fā)明人】張正清, 劉兒兀, 瞿昕宇
【申請人】劉兒兀