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以及生物系统工程之间联系的专门知识,增加地下无线电的通信范围和数据速率。该项目的目标是描述地下信道的特征;开发环境适应性解决方案,以实现高数据速率,远距离通信;并说明农业和交通运输的应用。无线地下传感器网络(WUSNs)在许多领域的新兴应用,包括精准农业,交通,环境和基础设施监测以及边境巡逻,强调了无线地下(UG)通信的重要性。然而,通信范围和数据速率方面的现有限制阻止了广泛采用。该项目开发的新方法拓宽了现有和新应用的范围,从而带来了经济上可行的解决方案。该项目的结果和见解有可能实现一系列新颖的解决方案,从节约水资源以提高粮食产量到拯救道路上的生命。由于土壤和通信组件之间的相互作用,扩大无线UG通信的通信范围和提高数据速率面临着独特的挑战:(1)天线特性取决于土壤类型,并随温度和湿度等土壤参数的变化而变化。(2)信道特性,如延迟扩展和相干带宽,是土壤参数的时变函数。(3)土壤-空气界面导致天线性能和EM波传播的波动,这在系统设计中应该被考虑。为了应对这些挑战,该项目通过在内布拉斯加州进行广泛的实验来捕获无线UG信道的脉冲响应,内布拉斯加州是土壤质地特性,气候梯度和土地利用方面最多样化的州之一。基于这种分析,先进的调制方案的开发。此外,基于UG天线分析,远程通信技术的发展。农业和交通运输的两个不同的应用被认为是在农田和碰撞测试现场评估开发的解决方案。

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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    $ 45万
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