应力波通信的概念

应力波通信是多学科交叉的结果，目前没有明确的定义，一般指利用应力波作为信息载体，以固体介质作为传输介质的数据传输方式。在不同的学科范畴中，应力波有不同的名称，大致有

• 声透通信、
• 固体声通信、
• 随钻测井等。

应力波通信主要应用于需要保证结构完整性的电磁屏蔽环境中，例如，压力容器、钻井，其中属油气钻探过程中的钻井数据实时传输研究最早、方法最多。

从通信结构和通信方法上说，应力波通信和无线通信并无本质区别，多数无线通信算法对于应力波通信同样适用，总体而言应力波通信处于跟随研究的状态，很容易获得实用的研究成果。应力波通信与无线通信最大的区别在于信息载体和传输介质，这是选用通信算法关注的焦点。

• 目前所有可产生应力波的方法形成的应力波的最高频率远低于电磁波，应力波仅为MHz级别，致使应力波通信系统带宽十分狭窄，可利用的频谱资源不多。
• 固体介质千差万别，不同的介质中应力波的传输行为各异，很难找到高效通用的通信算法，对信道估计也带来难题。
• 固体介质复杂的外形对应力波传播形成边界，限制了应力波的传播，导致频散，造成了严重的多径现象，能量在时域和频域分散，同时造成了码间干扰，这与室内无线通信很相似。如图1所示为室内多径效应，通俗地理解，就是两个人面对着大山聊天，除了直达的声音外，还能听到大量回音。

图1 多径效应示意

总而言之，应力波通信的特点是：

• 频带窄、
• 速率低、
• 衰减严重、
• 干扰严重。

由于应力波通信的天生缺陷，大规模应用应力波通信并不实际，但在极端场合，应力波通信能发挥其只要有固体就能传输信息的优势。如何克服多径，合理利用多径能量，对于提高应力波通信效率具有积极意义。

 

参考文献

[1] 罗维等. 应力波井筒数据传输技术综述

[2] 余紫莹等. 压电声透通信的研究进展

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