Оценка вероятности регистрации ошибочных символов в канале атмосферной оптической связи на рассеянном излучении в УФ-диапазоне длин волн в условиях дня и ночи
- Авторы: Тарасенков М.В.1, Пешков С.А.1, Познахарев Е.С.1
-
Учреждения:
- Институт оптики атмосферы им. В. Е. Зуева СО РАН
- Выпуск: Том 17, № 1 (2023)
- Страницы: 46-56
- Раздел: Атмосферные оптические линии связи
- URL: https://journals.eco-vector.com/1993-7296/article/view/626610
- DOI: https://doi.org/10.22184/1993-7296.FRos.2023.17.1.46.56
- ID: 626610
Цитировать
Полный текст
Доступ предоставлен
Доступ платный или только для подписчиков
Аннотация
Рассматривается модель канала атмосферной оптической связи на рассеянном излучении в УФ-диапазоне длин волн. Основу модели составляют алгоритмы метода Монте-Карло локальной и модифицированной двойной локальной оценки для расчета импульсной реакции канала оптической связи. Для диапазона длин волн от 200 до 400 нм в условиях дня и ночи оценивается вероятность регистрации ошибочных символов при кодировании информации временной задержкой между импульсами. Расчеты показывают, что длина волны λ = 295 нм будет лучше других подходить для организации дальней связи днем, а длина волны λ = 395 нм – для организации связи ночью с помощью рассмотренной приемной системы.
Полный текст
Об авторах
М. В. Тарасенков
Институт оптики атмосферы им. В. Е. Зуева СО РАН
Автор, ответственный за переписку.
Email: photonics@technosphera.ru
ORCID iD: 0000-0002-8826-761X
Scopus Author ID: 55144149500
ResearcherId: P-7844-2014
к. ф.-м.н, старший научный сотрудник
Россия, ТомскС. А. Пешков
Институт оптики атмосферы им. В. Е. Зуева СО РАН
Email: photonics@technosphera.ru
студент
Россия, ТомскЕ. С. Познахарев
Институт оптики атмосферы им. В. Е. Зуева СО РАН
Email: photonics@technosphera.ru
Scopus Author ID: 57195951777
младший научный сотрудник
Россия, ТомскСписок литературы
- Sunstein D. E. A scatter communications link at ultraviolet frequencies. B.Sc. thesis. Dept. Elect. Eng., Massachusetts Inst. Technol., Cambridge, MA. USA. 1968. http://hdl.handle.net/1721.1/13670.
- Harvey G. L. A survey of ultraviolet communication systems. Naval Research Laboratory Technical Report. Washington D. C. March 13, 1964.
- Vavoulas A., Sandalidis H. G., Chatzidiamantis N. D., Xu Z., Karagiannidis G. K. A Survey on Ultraviolet C-Band (UV–C) Communications. IEEE Communication surveys & tutorials. 2019; 21(3): 2111–2133. doi: 10.1109/COMST.2019.2898946.
- Zhanwei Liu, Huang Yiwen, Haigang Liu, and Xianfeng Chen. Non-line-of-sight optical communication based on orbital angular momentum. Opt. Lett. 2021; 46(20): 5112–5115. doi: 10.1364/OL.441441.
- Hamza A. S., Deogun J. S. and Alexander D. R. Classification Framework for Free Space Optical Communication Links and Systems. IEEE Communications Surveys & Tutorials. 2019; 21(2): 1346–1382. doi: 10.1109/COMST.2018.2876805.
- Arya S. and Chung Y. H. Novel Optical Scattering-Based V2V Communications With Experimental Analysis. IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems. 2022; doi: 10.1109/TITS.2022.3145437.
- Drost R. J., Sadler B. M. Survey of ultraviolet non-line-of-sight communications. Semiconductor Science and Technology. 2014; 29(8). doi: 10.1088/0268-1242/29/8/084006.
- Abramochkin V. N., Belov V. V., Gridnev Yu. V., Kudryavcev A. N., Tarasenkov M. V., Fedosov A. V. Optiko-elektronnaya svyaz' v atmosfere na rasseyannom lazernom izluchenii. Polevye eksperimenty. Svetotekhnika. 2017;4:24–30. (In Russ.). 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: 24–30.
- Ding J., Mei H., I C–L., Zhang H., Liu W. Frontier Progress of Unmanned Aerial Vehicles Optical Wireless Technologies. Sensors. 2020; 20(19): 5476. doi: 10.3390/s20195476.
- Tadayyoni H. and Uysal M. Ultraviolet Communications for Ground-to-Air Links. 2019. 27th Signal Processing and Communications Applications Conference (SIU). 2019; 1–4, doi: 10.1109/SIU.2019.8806490.
- Gang Chen, Feras Abou-Galala, Zhengyuan Xu, and Brian M. Sadler. Experimental evaluation of LED-based solar blind NLOS communication links. Opt. Express. 2008; 16: 15059–15068. doi: 10.1109/SIU.2019.8806490.
- Pengfei Luo, Min Zhang, Dahai Han, and Qing Li. Performance analysis of short-range NLOS UV communication system using Monte Carlo simulation based on measured channel parameters. Opt. Express. 2012; 20(21): 23489–23501. https://doi.org/10.1364/OE.20.023489.
- Gang Chen, Zhengyuan Xu, and Brian M. Sadler. Experimental demonstration of ultraviolet pulse broadening in short-range non-line-of-sight communication channels. Opt. Express. 2010; 18(10): 10500–10509. https://doi.org/10.1364/OE.18.010500.
- Peng D., Shi J., Peng G. et al. An ultraviolet laser communication system using frequency-shift keying modulation scheme. Optoelectron. Lett. 2015; 11: 65–68. https://doi.org/10.1007/s11801-015-4196-x.
- Linchao Liao, Zening Li, Tian Lang, and Gang Chen. UV LED array based NLOS UV turbulence channel modeling and experimental verification. Opt. Express. 2015; 23(17): 21825–21835. https://doi.org/10.1364/OE.23.021825.
- Ding H., Chen G., Majumdar A. K., Sadler B. M. and Xu Z. Modeling of non-line-of-sight ultraviolet scattering channels for communication. IEEE Journal on Selected Areas in Communications. 2009; 27(9): 1535–1544. doi: 10.1109/JSAC.2009.091203.
- Drost Robert J., & Sadler Brian M. Survey of ultraviolet non-line-of-sight communications. Semiconductor Science and Technology. 2014; 29(8): 11. doi:101088/0268-1242/29/8/084006.
- Yu Sun and Yafeng Zhan. Closed-form impulse response model of non-line-of-sight single-scatter propagation. J. Opt. Soc. Am. A. 2016; 33(4): 752–757. http://dx.doi.org/10.1364/JOSAA.33.000752.
- Mohamed A. Elshimy and Steve Hranilovic. Non-line-of-sight single-scatter propagation model for noncoplanar geometries. J. Opt. Soc. Am. A. 2011; 28(3): 420–428. https://doi.org/10.1364/JOSAA.28.000420.
- Robert J. Drost, Terrence J. Moore, and Brian M. Sadler. UV communications channel modeling incorporating multiple scattering interactions. J. Opt. Soc. Am. A. 2011; 28(4): 686–695. https://doi.org/10.1364/JOSAA.28.000686.
- Gang Chen, Zhengyuan Xu, Haipeng Ding, and Brian M. Sadler. Path loss modeling and performance trade-off study for short-range non-line-of-sight ultraviolet communications. Opt. Express. 2009; 17(5): 3929–3940. https://doi.org/10.1364/OE.17.003929
- Qunfeng He, Brian M. Sadler, Zhengyuan Xu. Modulation and coding tradeoffs for non-line-of-sight ultraviolet communications. Free-Space Laser Communications IX: proc. SPIE of 2009; 7464: 74640H. https://doi.org/10.1117/12.826301.
- Xu C. and Zhang H. Packet error rate analysis of IM/DD systems for ultraviolet scattering communications. MILCOM 2015–2015. IEEE Military Communications Conference. Tampa, FL. 2015; pp. 1188–1193, doi:0.1109/MILCOM.2015.7357607.
- Ghassemlooy Z., Hayes A. R., Seed N. L. and Kaluarachchi E. D. Digital pulse interval modulation for optical communications. IEEE Communications Magazine. 1998; 36(12): 95–99. doi: 10.1109/35.735885.
- Jing Ma, Yijun Jiang, Siyuan Yu, Liying Tan, Wenhe Du. Packet error rate analysis of OOK, DPIM and PPM modulation schemes for ground-to-satellite optical communications. Optics Communications. 2010; 283(2): 237–242. https://doi.org/10.1016/j.optcom.2009.10.007.
- Aldibbiat N. M., Ghassemlooy Z., McLaughlin R. Error performance of dual header pulse interval modulation (DH-PIM) in optical wireless communications. IEE Proceedings – Optoelectronics. 2001; 148(2): 91–96. doi: 10.1049/ip-opt:20010451.
- Zongmin Hu, Junxiong Tang. Performance of digital pulse interval modulation of atmospheric optical wireless communication system. Optical Transmission, Switching, and Subsystems II: proc. SPIE. 2005; 5625. https://doi.org/10.1117/12.574827.
- Noshad M., Brandt-Pearce M. and Wilson S. G. NLOS UV Communications Using M-ary Spectral-Amplitude-Coding. IEEE Transactions on Communications. 2013; 61(4): 1544–1553. doi: 10.1109/TCOMM.2013.020813.120371.
- Hongwei Yin, Honghui Jia, Hailiang Zhang, Xiaofeng Wang, Shengli Chang, Juncai Yang. Extending the data rate of non-line-of-sight UV communication with polarization modulation. Unmanned/Unattended Sensors and Sensor Networks IX: Proc. SPIE. 2012; 8540: 85400I. https://doi.org/10.1117/12.974284.
- Jinlong Zhang. Modulation analysis for outdoors applications of optical wireless communications. WCC 2000 – ICCT 2000. 2000 International Conference on Communication Technology Proceedings (Cat. No.00EX420). 2000; 2: 1483–1487. doi: 10.1109/ICCT.2000.890940.
- Belov V. V., Juwiler I., Blaunstein N., Tarasenkov M. V., Poznakharev E. S. NLOS Communication: Theory and Experiments in the Atmosphere and Underwater. Atmosphere. 2020, 11(1122). 15 p. https://doi.org/10.3390/atmos11101122
- Kneizys F. X., Shettle E. P., Anderson G. P., Abreu L. W., Chetwynd J. H., Selby J. E.A., Clough S. A., Gallery W. O. User Guide to LOWTRAN-7. – ARGL-TR-86–0177. ERP 1010. Hansom AFB. MA 01731. 1988. 137 p.
- Bucholtz A. Rayleigh-scattering calculations for the terrestrial atmosphere. Applied optics. 1995; 34(15): 2765–2773. https://doi.org/10.1364/AO.34.002765.
- Reilly D. M. Atmospheric optical communications in the middle ultraviolet. M.S. thesis. Massachusetts Institute of Technology. 1976; http://hdl.handle.net/1721.1/27480.
- Voigt S., Orphal J., Bogumil K., Burrows J. P. The temperature dependence (203–293 K) of the absorption cross-sections of O3 in the 230–850 nm region measured by Fourier-transform spectroscopy. J. Photochem. Photobiol. A: Chemistry. 2001; 143(1): 1–9. https://doi.org/10.1016/S1010-6030(01)00480-4.
- https://katodnv.com
- Marchuk G. I., Mihajlov G. A., Nazaraliev M. A., Darbinyan R. A., Kargin B. A., Elepov B. S. Metod Monte-Karlo v atmosfernoj optike. – Novosibirsk: Nauka. 1976. 284p. (In Russ.). Марчук Г. И., Михайлов Г. А., Назаралиев М. А., Дарбинян Р. А., Каргин Б. А., Елепов Б. С. Метод Монте-Карло в атмосферной оптике. – Новосибирск: Наука. 1976. 284 с.
- Belov V. V., Tarasenkov M. V. Tri algoritma statisticheskogo modelirovaniya v zadachah opticheskoj svyazi na rasseyannom izluchenii i bistaticheskogo zondirovaniya. Optika atmosfery i okeana. 2016; 29(05): 397–403. doi: 10.15372/AOO20160506. (In Russ.). 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; 29(05): 397–403. doi: 10.15372/AOO20160506.
- Gueymard C. A. The sun’s total and spectral irradiance for solar energy applications and solar radiation models. Solar Energy. 2004; 76(4): 423–453. https://doi.org/10.1016/j.solener.2003.08.039.
- Miller S. D. and Turner R. E. A Dynamic Lunar Spectral Irradiance Data Set for NPOESS/VIIRS Day/Night Band Nighttime Environmental Applications. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. 2009; 47(7): 2316–2329. doi: 10.1109/TGRS.2009.2012696.
- Tarasenkov M. V., Belov V. V., and Poznakharev E. S. Estimation of optimal wavelengths for atmospheric non-line-of-sight optical communication in the UV range of the spectrum in daytime and at night for baseline distances from 50 m to 50 km. J. Opt. Soc. Am. A. 2022; 39(2): 177–188. https://doi.org/10.1364/JOSAA.440875.
- Lotova G. Z. Modification of the «double local estimate» of the Monte-Carlo method in radiation transfer theory. Rus. J. Numerical Analysis and Mathematical Modeling. 2011; 26(5): 491–500. https://doi.org/10.1515/rjnamm.2011.027.
- Belov V. V., Tarasenkov M. V., Piskunov K. P. Parametricheskaya model' solnechnoj dymki v vidimoj i UF-oblasti spektra. Optika atmosfery i okeana. 2010; 23(04): 294–297. (In Russ.). Белов В. В., Тарасенков М. В., Пискунов К. П. Параметрическая модель солнечной дымки в видимой и УФ-области спектра. Оптика атмосферы и океана. 2010; 23(04): 294–297.
- Perenos radiacii v rasseivayushchih i pogloshchayushchih atmosferah. Standartnye metody scheta / Red. Zh. Lenobl'; Per. c angl. Zh. K. Zolotovoj; pod red. K. S. Shifrina. – L.: Gidrometeoizdat. 1990. 263 p. (In Russ.). Перенос радиации в рассеивающих и поглощающих атмосферах. Стандартные методы счета / Ред. Ж. Ленобль; Пер. c англ. Ж. К. Золотовой; под ред. К. С. Шифрина. – Л.: Гидрометеоиздат. 1990. 263 с.