Содержание
Иллюстрации - 4
Таблицы и схемы - 0
Оптическая связь на рассеянном или отражённом лазерном излучении. Журнал «Светотехника» №6 (2018).

Журнал «Светотехника» №6

Дата публикации 21/12/2018
Страница 6-12

Купить PDF - ₽400

Оптическая связь на рассеянном или отражённом лазерном излучении. Журнал «Светотехника» №6 (2018).
Авторы статьи:
Белов Владимир Васильевич

Доктор физ.-мат. наук, профессор. Окончил в 1971 г. ТГУ. Зав. лабораторией РОС Института оптики атмосферы им. В.Е. Зуева СО РАН. Заслуженный деятель науки РФ. Область научных интересов: теория переноса оптического излучения в рассеивающих и поглощающих средах, теория лазерного зондирования, теория видения, атмосферная коррекция аэрокосмических изображений земной поверхности, метод Монте-Карло, многократное рассеяние

Аннотация
В работе обсуждаются результаты теоретических и экспериментальных исследований по бистатическим (загоризонтным) системам связи в атмосфере, подводной и смешанной средах на основе публикаций авторов из КНР, Канады, Греции, США, Великобритании, России и др. стран. В основу теоретических исследований положены теории переноса излучения и линейных систем. Решение уравнения переноса излучения осуществлено методом Монте-Карло и в приближении однократного рассеяния. Показано – приближённый метод применим, если средняя кратность рассеяния в открытых каналах связи не превышает 1. Методом Монте-Карло исследовано влияние оптико-геометрических характеристик схем формирования каналов связи на вероятность ошибок связи, на отношение сигнал / шум, на предельные базовые расстояния, на ослабление информационных сигналов и их наложение, приводящее к ошибкам связи. Приведены примеры осуществления связи в атмосфере в УФ диапазоне длин волн на расстояниях до 1300 м, в видимом диапазоне – до 70 км и под водой – до 20 м. Планируются: поиск оптимальных способов модуляции сигналов; развитие программно-информационных средств численного моделирования передаточных свойств каналов связи; совершенствование аналитических моделей импульсных реакций в некомпланарных схемах бистатических оптико-электронных систем связи (ОЭСС); исследование влияния разных форм волн на водной поверхности и процессов рассеяния в воде на эффективность работы систем связи и расширение области вариаций входных параметров бистатических ОЭСС при проведении экспериментов в естественных водоёмах
Список использованной литературы
1. Lee I.E., Ghassemlooy Z., Ng W.P., Khalighi M-A., Liaw S-K. Effects of aperture averaging and beam width on a partially coherent Gaussian beam over free-space optical links with turbulence and pointing errors // Applied Optics. – 2016. – Vol. 55, No. 1. – P. 1–9.
2. Amr S. El-Wakeel, Nazmi A. Mohammed, and Moustafa H. Aly. Free space optical communications system performance under atmospheric scattering and turbulence for 850 and 1550 nm operation // Applied Optics.– 2016. – Vol. 55, No. 26. – P. 7276–7286.
3. Zhengguang Gao, Hongzhan Liu, Xiaoping Ma, and Wei Lu. Performance of multi-hop parallel free-space optical communication over gamma–gamma fading channel with pointing errors // Applied Optics.– 2016. – Vol. 55, No. 32. – P. 9178–9184.
4. Zina Abu-Almaalie, Zabih Ghassemlooy, Manav R. Bhatnagar, Hoa Le-Minh, Nauman Aslam, Shien-Kuei Liaw, It Ee Lee. Investigation on iterative multiuser detection physical layer network coding in two-way relay freespace optical links with turbulences and pointing errors // Applied Optics.– 2016. – Vol. 55, No. 33. – P. 9396–9406.
5. Xin Zhao, YunQing Liu, Yansong Song. Line of sight pointing technology for laser communication system between aircrafts // Optical Engineering.– 2017. – Vol. 56, No. 12: 126107.
6. Huihua Fu, Ping Wang, Tao Liu, Tian Cao, Lixin Guo, and Jiao Qin. Performance analysis of a PPM-FSO communication system with an avalanche photodiode receiver over atmospheric turbulence channels with aperture averaging // Applied Optics.– 2017. – Vol. 56, No.23. – P. 6432–6439.
7. Bykova N.G., Gochelashvily K.S., Karfidov D.M., Makarenko G.F., Senatorov A.K., Sergeichev K.F., Shatalov O.P., Zabelinskii I.E. Experimental demonstration of feasibility of laser communication with the reentry spacecraft at 1,55 mkm // Applied Optics.– 2017. – Vol. 56, No. 10. – P. 2597–2603.
8. Jing Ma, Jiajie Wu, Liying Tan, and Siyuan Yu. Polarization properties of Gaussian–Schell model beams propagating in a spaceto-ground optical communication downlink //Applied Optics. 2017. Vol. 56, No.6. P. 1781–1787.
9. Ming Li, Wenbo Gao, and Milorad Cvijetic. Slant-path coherent free space optical communications over the maritime and terrestrial atmospheres with the use of adaptive optics for beam wavefront correction // Applied Optics. 2017. – Vol. 56, No.2. – P. 284–297.
10. Воронцов М.А., Дудоров В.В., Зырянова М.О., Колосов В.В., Филимонов Г.А. Частота появления ошибочных битов в системах беспроводной оптической связи с частично когерентным передающим пучком // Оптика атмосферы и океана.– 2012. – Т. 25, № 11. – С. 936–940.
11. Пожидаев В.Н. Осуществимость линий связи ультрафиолетового диапазона, основанных на эффекте молекулярного и аэрозольного рассеяния в атмосфере // Радиотехника и электроника.– 1977. – Т. 22, № 10. – С. 2190–2192.
12. Зуев В.Е., Креков Г.М. Современные проблемы атмосферной оптики. Т. 2. Оптические модели атмосферы. – Л.: Гидрометеоиздат, 1986.– 256 с.
13. Зуев В.Е., Белан Б.Д., Задде Г.О. Оптическая погода. – Новосибирск: Наука, 1990.– 192 с.
14. Оптика океана и атмосферы / под ред. К.С. Шифрина. – М: Наука, 1981.– 231 с.
15. Оптика океана. Т. 2. Прикладная оптика океана / Под ред. А.С. Монина. – М: Наука, 1983.– 236 с.
16. Chen G., Abou-Galala F., Xu Z., Sadler B.M. Experimental evaluation of LEDbased solar blind NLOS communication links // Optics Express.– 2008. – Vol. 16, No. 19. – P. 15059–15068.
17 . Chen G., Xu Z., Ding H . , Sadler B.M. Path loss modeling and performance trade-off study for short-range non-lineof-sight ultraviolet communications // Optics Express.– 2009. – Vol. 17, No. 5. – P. 3929–3940.
18. Белов В.В., Тарасенков М.В., Абрамочкин В.Н., Иванов В.В., Федосов А.В., Троицкий В.О., Шиянов Д.В. Атмосферные бистатические каналы связи с рассеянием. Часть 1. Методы исследования // Оптика атмосферы и океана.– 2013. – Т. 26, № 04. – С. 261–267.
19. Ding H., Chen G., Majumdar A.K., Sadler B.M., Xu Z. Modeling of Non-Line-of-Sight Ultraviolet Scattering Channels for Communication // IEEE Journal on selected areas in communications.– 2009. – Vol. 27, No. 9. – P. 1535–1541.
20. Белов В.В., Тарасенков М.В. Три алгоритма статистического моделирования в задачах оптической связи на рассеянном излучении и бистатического зондирования. // Оптика атмосферы и океана.– 2016. – Т. 29, № 05. – С. 397–403.
21. Chen G., Xu Z. Sadler B.M. Experimental demonstration of ultraviolet pulse broadening in short-range non-line-of-sight communication channels // Optics Express.– 2010. – Vol. 18, No. 10. P. 10500–10509.
22. Bifeng Li, Hongxing Wang, Min Liu, Hao Hu, Zhongyang Mao. Applicability of non-lineof-sight ultraviolet single-scatter approximation model // Photon. Netw. Commun.– 2016. – Vol. 31, No. 1. – P. 147–154.
23. Dahai Han, Xing Fan, Kai Zhang, and Rui Zhu. Research on multiple-scattering channel with Monte Carlo model in UV atmosphere communication // Applied Optics.– 2013. – Vol. 52, No. 22. – P. 5516–5522.
24. Hailiang Zhang, Hongwei Yin, Honghui Jia, Shengli Chang, and Juncai Yang. Characteristics of non-line-of-sight polarization ultraviolet communication channels // Applied Optics.– 2012. – Vol. 51, No. 35. – P. 8366–8372.
25. Dahai Han, Yile Liu, Kai Zhang, Pengfei Luo, and Min Zhang. Theoretical and experimental research on diversity reception technology in NLOS UV communication system // Optics Express.– 2012. – Vol. 20, No. 14. – P. 15833– 15843.
26. Menglong Wu, Dahai Han, Xiang Zhang, Feng Zhang, Min Zhang, and Guangxin Yue. Experimental research and comparison of LDPC and RS channel coding in ultraviolet communication systems // Optics Express.– 2014. – Vol. 22, No. 5. – P. 5422–5430.
27. Petr Chvojka; Stanislav Vitek; Stanislav Zvanovec; Zabih Ghassemlooy; Sujan Rajbhandari. Analysis of nonline-of-sight visible light communications // Optical Engineering.– 2017. – Vol. 56, No. 11: 116116. doi. org/10.1117/1.OE.56.11.116116.
28. Gary A. Shaw†, Andrew M. Siegel, Melissa L. Nischan. Demonstration System and Applications for Compact Wireless Ultraviolet Communications // Proc. SPIE.– 2003. – Vol. 5071. doi.org/10.1117/12.500861.
29. Peng Song, Xianli Zhou, Fei Song, Caixia Su, and Anxiang Wang. Performance analysis of UV multiple-scatter communication system with height difference // Applied Optics.– 2017. – Vol. 56, No. 32. – P. 8908–8916.
30. Yin H., Chang S., Jia H., Yang J., and Yang J. Non-line-of-sight multiscatter propagation model // J. Opt. Soc. Am. A.– 2009. – Vol. 26, No. 11. – P. 2466–2469.
31. Debbie Kedar. Multiaccess Interference in a non-line-of-sight ultraviolet optical wireless sensor network // Applied Optics.– 2007. – Vol. 46, No. 23. – Р. 5895–5901.
32. Hongwei Yin, Shengli Chang, Xiaofeng Wang, Jiankun Yang, Juncai Yang, and Jichun Tan. Non-line-of-sight multiscatter propagation model // J. Opt. Soc. Am. A.– 2009. – Vol. 26, No. 11. – P. 2466–2069.
33. Mohamed A. Elshimy and Steve Hranilovic. Non-line-of-sight single-scatter propagation model for noncoplanar geometries // J. Opt. Soc. Am. A.– 2011. – Vol. 28, No. 3. – P. 420–428.
34. Hongwei Yin, Honghui Jia, Hailiang Zhang, Xiaofeng Wang, Shengli Chang, and Juncai Yang. Vectorized polarization-sensitive model of non-line-of- sight multiple-scatter propagation // J. Opt. Soc. Am. A.– 2011. – Vol. 28, No. 10. – P. 2082–2085.
35. Houfei Xiao, Yong Zuo, Jian Wu, Yan Li, and Jintong Lin. Bit-error-rate performance of non-line-of-sight UV transmission with spatial diversity reception // Optics Letters.– 2012. – Vol. 37, No. 19. – P. 4143–4145.
36. Robert J. Drost, Terrence J. Moore, and Brian M. Sadler. Ultraviolet scattering propagation modeling: analysis of path loss versus range // J. Opt. Soc. Am. A.– 2013. – Vol. 30, No. 11. – Р. 2259–2265.
37. Peng Wang and Zhengyuan Xu. Characteristics of ultraviolet scattering and turbulent channels // Optics Letters.– 2013. – Vol. 38, No. 15. – P. 2773–2775.
38. Houfei Xiao, Yong Zuo, Jian Wu, Yan Li, and Jintong Lin. Non-line-of-sight ultraviolet single-scatter propagation model in random turbulent medium // Optics Letters.– 2013. – Vol. 38, No. 17. – P. 3366–3369.
39. Siqi Hu; Le Mi; Tianhua Zhou; Weibiao Chen. Viterbi equalization for long-distance, high-speed underwater laser communication // Optical Engineering.– 2017. – Vol. 56, No. 7: 076101.
40. Hongwei Yin, Shengli Chang, Xiaofeng Wang, Jiankun Yang, Juncai Yang, and Jichun Tan. Analytical model of non-line-of-sight single-scatter propagation // JOSA A.– 2010. – Vol. 27, No. 7. – P. 1505–1509.
41. Кузнецов С., Огнев Б., Поляков С. Система оптической связи в водной среде // Первая миля.– 2014.– № 2. – С. 46–51.
42. Hanson F., Radic S. High bandwidth underwater optical communication // Appl. Opt.– 2008. – Vol. 47, No. 2. – P. 277–283.
43. Jaruwatanadilok S. Underwater Wireless Optical Communication Channel Modeling and Performance Evaluation using Vector Radiative Transfer Theory // IEEE Journal on Selected Areas in Communications.– 2008. – Vol.26, No. 9. – Р. 1620–1627.
44. Hemani Kaushal1, and Georges Kaddoum. Underwater Optical Wireless Communication // IEEE Access.– 2016. – Vol. 4. – P. 1518–1547.
45. Majumdar A.K., Siegenthaler J, Land P. Analysis of Optical Communications through the Random Air-Water interface: feasibility for Under-Water Communications // Proc. of SPIE.– 2012. – Vol. 8517, 85170T. doi: 10.1117/12.928999.
46. Arnon S., and Kedar D. Non-line-ofsight underwater optical wireless Communication network // JOSA. A.– 2009. – Vol. 26, No. 3. – P. 530–539.
47. Gabriel C., Khalighi M-A., Bourennane S., Leon P., Rigaud V. Channel Modeling for Underwater Optical Communication / 2011 IEEE GLOBECOM Workshops (GC Wkshps). 2nd International Workshop in Optical Wireless Communications.– 2011. – P. 833–837. DOI: 10.1109/GLOCOMW.2011.6162571
48. Choudhary A., Jagadeesh V.K, Muthuchidambaranathan P. Pathloss analysis of NLOS Underwater Wireless Optical Communication channel / 2014, International Conference on Electronics and Communication System (ICECS –2014). DOI: 10.1109/ ECS.2014.6892620.
49. Jagadeesh V.K, Choudhary A., Bui F.M., Muthuchidambaranathan P. Characterization of Channel Impulse Responses for NLOS Underwater Wireless Optical Communications / 2014, Fourth International Conference on Advances in Computing and Communications (ICACC). DOI: 10.1109/ICACC.2014.24.
50. Gabriel Ch, Khalighi M.-A., Bourennane S., Leon P., Rigaud V. Monte-Carlo-Based Channel Characterization for Underwater Optical Communication Systems // IEEE/OSA Journal of Optical Communications and Networking.– 2013. – Vol. 5, No. 1. – P. 1–12
51. Shijian Tang, Yuhan Dong, Xuedan Zhang. On Path Loss of NLOS Underwater Wireless Optical Communication Links // 2013 MTS/IEEE OCEANS. DOI: 10.1109/OCEANS-Bergen.2013.6608002
52. Belov V.V., Tarasenkov M.V., Abramochkin V.N., Troitskii V.O. Over-the-horizon Optoelectronic Communication Systems // Russian Physics Journal.– 2014. Vol. 57, No. 7. – P. 202– 208.
53. Абрамочкин В.Н., Белов В.В., Гриднев Ю.В., Кудрявцев А.Н., Тарасенков М.В., Федосов А.В. Оптико-электронная связь в атмосфере на рассеянном лазерном излучении. Полевые эксперименты // Светотехника.– 2017.– № 4. – С. 24–30.
54. Тарасенков М.В., Познахарев Е.С., Белов В.В. Статистические оценки передаточных характеристик, предельных дальностей и скоростей передачи информации по импульсным атмосферным бистатическим оптическим каналам связи // Светотехника.– 2018.– № 4. – С. 37–43.
55. Belov V.V., Abramochkin V.N., Gridnev Yu.V., Kudryavtsev A.N., Tarasenkov M.V., Fedosov A.V. Bistatic optoelectronic communication systems: Field experiments in artificial and natural water reservoirs // Atmospheric and Oceanic Optics.– 2017. – Vol. 30, No. 4. – P. 366– 371.
56. Белов В.В., Гриднев Ю.В., Кудрявцев А.Н., Тарасенков М.В., Федосов А.В. Оптико-электронная связь в УФ-диапазоне длин волн на рассеянном лазерном излучении // Оптика атмосферы и океана.– 2018. – Т. 31, № 07. – С. 559–562.
57. Белов В.В., Тарасенков М.В., Абрамочкин В.Н., Иванов В.В., Федосов А.В., Гриднев Ю.В., Троицкий В.О., Димаки В.А. Атмосферные бистатические каналы связи с рассеянием. Часть 2. Полевые эксперименты 2013 г. // Оптика атмосферы и океана.– 2014. – Т. 27, № 08. – С. 659–664.
58. Belov V.V. Optical communication on scattered laser radiation // Proc. SPIE.– 2017. – Vol. 10466. – CID:10466 0H. [10466–24].
Ключевые слова
Выберите вариант доступа к этой статье

Купить

Рекомендуемые статьи