[发明专利]超宽带岩层通信系统

权利要求书

1.一种超宽带岩层通信系统，由两个连接有用户终端的收发信机、一对收发共用的电极和收发切换开关构成，通过电极以岩层为传输媒质构成电流场无线通信信道进行通信；每个收发信机包括一个发送设备和一个接收设备，该发送设备包括信道编码单元、扩频单元、波形成形单元和功率放大器；该接收设备包括低噪声放大器、低通滤波器、级间隔直耦合电容器、AGC放大器、A/D变换器、匹配滤波器、解扩单元、解调与信道译码单元，其特征在于：

所述的扩频单元，采用码片值取-1或0或1的三进制伪随机码作为扩频码，对于输入的数字信息进行直接序列扩频，输出为扩频后的码片序列；每个扩频码中码片值为零的码片数占总的码片数的75％～94％；

所述波形成形单元，采用数字逻辑电路产生的双向矩形脉冲作为扩频信号的码片波形，对扩频单元送来的码片序列逐个码片地进行波形成形，将该码片序列转化成脉冲型波形信号；对于码片值等于1的码片，其码片波形为一个正矩形脉冲后跟一个负矩形脉冲，对于码片值等于-1的码片，其码片波形为一个负矩形脉冲后跟一个正矩形脉冲，对于码片值等于0的码片，相应的输出波形为零电平；如此形成的脉冲型波形信号，是一种无载波的脉冲型超宽带数字调制信号；将该信号分成正相和反相两路信号，并将两路信号中的负脉冲置为零电平后再传送给功率放大器；

所述功率放大器，采用有输出变压器的推挽功率放大器，其两个功率管采用开关晶体管，工作在开关状态；输出变压器初级的两端并联有一个电容器，该电容器与输出变压器的初级电感一起构成并联谐振回路；输出变压器的次级除了两个端接点之外，中间还设有多个抽头接点，应用时根据两电极之间的岩层阻抗情况从这些接点中选择两个，将其中一个与一个电极相连、并接地，而将另一个通过收发切换开关连接到另一个电极。

2.根据权利要求1所述的岩层通信系统，其特征在于：扩频单元采用M元扩频体制进行直接序列扩频，其中M＝2^k，该k的取值为2至6的整数；由信道编码单元输入到扩频单元的数字信息，其比特率R_b的取值范围为1.25～1280比特/秒，扩频单元输出的码片序列，其码片速率R_c取值范围为5120～10240码片/秒。

3.根据权利要求1所述的岩层通信系统，其特征在于：所述波形成形单元所采用的双向矩形脉冲，其矩形脉冲宽度T_p的取值范围为码片时长T_c的10％～50％，两矩形脉冲之间设有间隙T_g，该间隙的取值范围为码片时长的0％～80％，并满足2T_p+T_g≤1/R_c＝T_c，其中R_c和T_c分别为扩频信号的码片速率和码片时长。

4.根据权利要求1所述的岩层通信系统，其特征在于：所述有输出变压器的推挽功率放大器，其中两个功率管都采用复合管；将一个中功率晶体管的射极与一个大功率晶体管的基极相连，并将该中功率晶体管的集电极与该大功率晶体管的集电极相连组成一个复合管；如此组成的两个复合管与输出变压器一起构成推挽功率放大器，工作在开关状态。

5.根据权利要求4所述的岩层通信系统，其特征在于：两个复合管的集电极分别连接到输出变压器初级的两端，该两个复合管的射极相连、并接地；输出变压器初级的中心抽头通过一个0.5欧姆的限流电阻连接到直流供电电源的正端，限流电阻两端并联有一个20微法电容器。

6.根据权利要求1所述的岩层通信系统，其特征在于：输出变压器初级两端并联的电容器，取值范围为0.1～0.3微法；该电容器与输出变压器初级线圈的电感构成并联谐振回路，该谐振回路的谐振频率设计为5000Hz～10000Hz之间。

7.根据权利要求1所述的岩层通信系统，其特征在于：所述的低通滤波器采用有源低通滤波器或开关型低通滤波器，其幅度-频率响应降低到-3dB时的带宽，设计为等于波形成形单元所产生的波形信号幅度频谱降低到-10dB时的带宽。

8.根据权利要求1所述的岩层通信系统，其特征在于：所述A/D变换器的采样频率取为所述低通滤波器带宽的2倍以上。