NeTS: Small: 2G for UG: High Data-rate and Long Range Communication Techniques for Wireless Underground Networks

NeTS:小型:UG 的 2G:无线地下网络的高数据速率和远距离通信技术

基本信息

  • 批准号:
    1619285
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 45万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2016
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2016-08-01 至 2020-07-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

This project aims to increase the communication ranges and data rates of buried radios by leveraging expertise in the nexus of computer science and engineering and biological systems engineering. The goals of this project are to characterize the underground channel; develop environment-adaptive solutions to achieve high data rate, long-range communications; and illustrate applications to agriculture and transportation. The emerging use of wireless underground sensor networks (WUSNs) in many areas, including precision agriculture, transportation, environment and infrastructure monitoring, and border patrol, underscores the importance of wireless underground (UG) communications. Yet, existing limitations in terms of communication ranges and data rates prohibit widespread adoption. The novel approaches developed in the project broaden the scope of existing and novel applications, leading to economically viable solutions. The results and the insight from this project have the potential to enable a wide array of novel solutions from saving water resources for more food production to saving lives on the roadways.Extending the communication ranges and increasing data rates in wireless UG communications faces unique challenges because of the interactions between soil and communication components: (1) Antenna properties depend on soil type and vary with changes in soil parameters such as temperature and moisture. (2) Channel characteristics, such as delay spread and coherence bandwidth, are time-variant functions of the soil parameters. (3) The soil-air interface results in fluctuations in both antenna performance and EM wave propagation, which should be considered in system design. To address these challenges, the project captures the impulse response of the wireless UG channel through extensive experiments throughout the state of Nebraska, which is one of the most diverse states in terms of soil textural properties, climatic gradients, and land use. Based on this analysis, advanced modulation schemes are developed. Moreover, based on UG antenna analysis, long-range communication techniques are developed. Two distinct applications from agriculture and transportation are considered to evaluate the developed solutions in a crop field and a crash test site.
该项目旨在通过利用计算机科学和工程和生物系统工程联系的专业知识来提高埋藏无线电的沟通范围和数据速率。该项目的目标是表征地下频道;开发环境自适应解决方案以实现高数据速率,远程通信;并说明对农业和运输的申请。在许多领域的无线地下传感器网络(WUSN)的新兴使用,包括精密农业,运输,环境和基础设施监控以及边境巡逻队,强调了无线地下通信的重要性。然而,关于通信范围和数据速率的现有限制禁止采用广泛的采用。该项目在项目中发展的新方法扩大了现有和新颖应用的范围,从而导致了经济上可行的解决方案。该项目的结果和洞察力有可能使各种新的解决方案从保存水资源到更多的粮食生产到在道路上的生命。扩展沟通范围并提高无线UG通信的数据速率面临着独特的挑战,因为土壤与交流组件之间的相互作用是独特的挑战:(1)触角类型依赖于土壤类型和诸如水土参数和水分等温度和水分等诸如诸如土壤和水分之类的水分。 (2)通道特性,例如延迟扩散和连贯带宽,是土壤参数的时间变化函数。 (3)土壤空气界面会导致天线性能和EM波传播的波动,这在系统设计中应考虑。为了应对这些挑战,该项目通过整个内布拉斯加州州的广泛实验捕获了无线UG通道的冲动响应,这是土壤质地,气候梯度和土地使用方面最多样化的状态之一。基于此分析,开发了高级调制方案。此外,基于UG天线分析,开发了远程通信技术。考虑到农业和运输的两种不同的应用来评估农作物领域和崩溃测试地点的开发解决方案。

项目成果

期刊论文数量(1)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Impacts of Soil and Antenna Characteristics on LoRa in Internet of Underground Things
地下物联网中土壤和天线特性对 LoRa 的影响
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