现代工业生产、城镇建设正逐步扩大对地表以下空间的利用,这对无线传感器网络及物联网的发展提出了以下需求:地下土壤及岩石运动的监测、地下设施状态的监测、工业生产中地下设备运作状态的监测以及桥梁、水坝和隧道内部情况的监测。传统的电磁波无线通信技术在地下传输时受到土壤、含水量及多径效应影响,其传输损耗大,穿透性低,无法满足应用需求。磁感应地下通信技术采用磁耦合方式收发信号,不受土壤成份影响,具有路径损耗小、传输信道稳定等特点,为地下通信提供了一种新的解决方案。另外,考虑到无线传感器网络节点工作时间受电池电量限制的问题,而无线电能传输技术能够有效地解决节点供能问题。因此本文将磁感应地下通信技术和无线电能传输技术相结合,采用现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)研究设计了基于信息与能量同时传输的磁感应地下通信系统。首先,本文分析了基于信能同传的磁感应地下通信原理和信息能量分配方法,对四种通信天线模型进行数学建模与分析,给出了四种通信天线模型的磁感应强度和互感表达式,并对磁感应强度分布情况进行了仿真和特性分析,为基于信能同传的磁感应地下通信系统研究与设计奠定了理论基础。然后,本文对基于信能同传的磁感应地下通信系统的硬件电路和软件进行了设计与分析。硬件电路包括FPGA最小系统、模数(Analog to Digital,A/D)和数模(Digital to Dnalog,D/A)转换电路、功率放大电路、能量接收电路和匹配电路;FPGA软件设计包括四相相对相移健控(Quadrature Differential Reference Phase Shift Keying,QDPSK)调制解调软件设计、A/D和D/A转换模块软件设计、USB(Universal Serial Bus)串口通信软件设计、能量接收模块软件设计和信息能量分配软件设计。最后,本文搭建了基于信能同传的磁感应地下通信系统实验平台,分别对系统各模块进行软件和硬件仿真测试,确保系统软硬件设计的准确性和可行性。在此基础上,对基于信能同传的磁感应地下通信系统的能量传输和通信性能进行了实验测试,证实了信能同传的可行性。