Перейти до вмісту
Мікросистеми, Електроніка та Акустика
ISSN 2523-4447 · e‑ISSN 2523-4455 Відкритий доступ · CC BY-SA 4.0
Т. 28 · № 3 · 2023 гру 27, 2023 Електронні системи та сигнали

Модель лінії вільно-просторового оптичного зв'язку зі смарт-рефлектором

IM
Ivan Ivanovych Melnyk Відповідальний Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського" Україна
VC
Viacheslav Oleksiiovych Chadiuk Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» Україна
Сторінки286163.1-286163.11 Опублікованогру 27, 2023
PDF
ТОМ 28 · № 3 · 2023 до 125-річчя КПІ ім. Ігоря Сікорського Переглянути випуск

Анотація

У статті розглянуто модель лінії вільно-просторового оптичного зв’язку між декількома близько розташованими точками на місцевості, які знаходяться поза зоною прямої видимості. Для швидкого розгортання ліній зв'язку з радіусом дії до сотень метрів будь-яка висока будівля, видима всім абонентам, може бути своєрідним ретранслятором оптичного сигналу. Порівняно з радіоканалами зв'язку оптична лінія зв'язку має вищу швидкість передачі інформації, нечутлива до електромагнітних перешкод і більш захищена від прослуховування. Основною вимогою до атмосферних ліній оптичного зв'язку є відсутність перешкод на шляху світла від передавача сигналу до приймача. Ця вимога обмежує можливості розміщення оптичних ліній зв'язку на відкритій місцевості. Цю проблему можна частково обійти, використовуючи відбивач, який знаходиться в межах прямої видимості передавача оптичного сигналу та його приймача. У статті розглянуто можливості використання дифузних відбивачів у наземних лазерних лініях зв'язку. Такі відбивачі (природного або штучного походження) дозволяють швидко розгортати на місцевості лазерні лінії зв'язку з множинним доступом. Недоліком таких відбивачів є дуже низька ефективність використання енергії оптичного сигналу, що надсилається передавачем. Енергію оптичного сигналу, надісланого трансивером, можна ефективніше використовувати за допомогою смарт-рефлектора. Смарт-рефлектор запропоновано зробити у вигляді керованого дзеркала, яке на основі інформації про просторове положення трансиверів автоматично встановлюється під таким кутом, щоб лазерний промінь одного трансивера відбивався в бік іншого трансивера. Кутове положення трансиверів відносно дзеркала визначається за допомогою двокоординатного позиційно-чутливого фотоприймача та лінзи перед ним. В залежності від кута падіння лазерного променя на лінзу змінюється положення сфокусованої лазерної плями на фотоприймачі, а з ним і відповідні фотоелектричні сигнали. Ці сигнали використовуються мікроконтролером для керування нахилом дзеркала за допомогою двоосьового сканера. Таким чином можна створити непряму оптичну лінію зв’язку на місцевості, в якій вимога прямої видимості між трансиверами замінюється вимогою прямої видимості між трансиверами та відбивачем, яку легше задовольнити у більшості випадків. Використання смарт-рефлектора дозволить збільшити дальність дії такої лінії зв’язку.

Ключові слова

#вільно-просторовий оптичний зв'язок #лазерний діод #pin-фотодіод #дифузний відбивач #смарт-рефлектор #позиційно-чутливий фотоприймач #мікроконтролер #сканер #співвідношення «сигнал/шум»

Посилання

  1. M. N. Boukoberine, Z. Zhou and M. Benbouzid, "Power Supply Architectures for Drones - A Review," IECON 2019 - 45th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society, Lisbon, Portugal, pp. 5826-5831, 2019. DOI: https;//doi.org/10.1109/IECON.2019.8927702
  2. A. Cozannet, H. Maitre, J. Fleuret and M. Rousseau, Optique et telecommunication : transmission et traitement optiques de l’information / Paris : Eyrolles, 1981
  3. J. Gowar, Optical Communication Systems / London, New Delhi, Tokyo, Toronto, Wellington : Prentice Hall, 1984. ISBN: 978-0136380566
  4. D. L. HUTT, K. J. SNELL and P. A. BÉLANGER, "Alexander Graham Bell's PHOTOPHONE”, Optics and Photonics News, vol. 4, issue 6, pp. 20–25, 1993. DOI: https://doi.org/10.1364/OPN.4.6.000020
  5. J. R. Pierce, Electrons, Waves and Messages, New York : Hanover House, 1956
  6. M. Ross, “The History of Space Laser Communications”, Proc. SPIE 0885, Free-Space Laser Communication Technologies, 2 May 1988. DOI: https://doi.org/10.1117/12.976542
  7. Y. Wang, H. Wang and X. Jiang, "Performance of Reconfigurable-Intelligent-Surface-Assisted Satellite Quasi-Stationary Aircraft–Terrestrial Laser Communication System", Drones, vol. 6, no. 12, pp. 405–410, 2022. DOI: https://doi.org/10.3390/drones6120405
  8. G. J. Olson, H. W. Mocker, N. A. Demma and J. B. Ross, “Coherent CO2 laser communication system with modulable retroreflectors,” Appl. Opt., vol. 34, issue 12, pp. 2033–2044, 1995. URL: https://opg.optica.org/ao/abstract.cfm?uri=ao-34-12-2033 DOI: https://doi.org/10.1364/AO.34.002033
  9. F. R. Gfeller, U. Bapst , “Wireless in-house data communication via diffuse infrared radiation”, Proc. of the IEEE, vol. 67, issue 11, pp. 1474–1486, 1979. DOI: https://doi.org/10.1109/PROC.1979.11508
  10. H. Haas, “On wireless data from every light bulb,” [Online]. Available: https://www.ted.com/talks/harald_haas_wireless_data_from_every_light_bulb?language=en [Accessed 19.08.2023]
  11. G. E. Keiser, “A Review of WDM Technology and Applications”, Optical Fiber Technology, vol. 5, issue 1, pp.3–39, 1999. DOI: https;//doi.org/10.1006/ofte.1998.0275
  12. M. Pfennigbauer et al., “Satellite-based quantum communication terminal employing state-of-the-art technology”, Journal of Optical Networking, vol. 4, issue 9, pp. 549-560, 2005. DOI: https;//doi.org/10.1364/JON.4.000549
  13. H.-Y. Liu, “Optical-Relayed Entanglement Distribution Using Drones as Mobile Nodes”, Phys. Rev. Lett., vol. 126, issue 2, pp. 020503–02959, 2021. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.126.020503
  14. C. F. Bohren and D. R. Huffman, Absorption and Scattering of Light by Small Particles, New York: Wiley-Interscience, 2010. ISBN 978-3-527-40664-7
  15. Near-Earth Laser Communications, edited by Hamid Hemmati, Boca Raton, London, New York : CRC Press, 2009. ISBN 978-0-8247-5381-8
  16. Z. Sodnik , H. Lutz, B. Furch and R. Meyer, “Optical satellite communications in Europe”, Proc. of SPIE, Free-Space Laser Communication Technologies XXII, 758705, 26 February 2010. DOI: https://doi.org/10.1117/12.847075
  17. J. Conner, T. Fletcher, “Laser Communication Uplinks and Downlinks”, Proc. SPIE 0996, High Data Rate Atmospheric and Space Communications, 29 November 1988. DOI: https://doi.org/10.1117/12.960167
  18. S. A. Ahmed , M. Mohsin and S. M. Z. Ali, “Survey and technological analysis of laser and its defense applications”, Defense Technology, vol. 17, pp. 583–592, 2021. DOI: https;//doi.org/10.1016/j.dt.2020.02.012
  19. M. Toyoshima et al., “Overview of the Laser Communication System for the NICT Optical Ground Station and Laser Communication Experiments on Ground-to-Satellite Links”, Journal of the National Institute of Information and Communications Technology, Vol. 59 No. 1/2, 2012, pp. 53-75. [Online]. Available: https://www.nict.go.jp/publication/shuppan/kihou-journal/journalvol59-1_2/journal-vol59no1_2-0402.pdf . [Accessed 21.08.2023]
  20. A. U. Chaudhry and H. Yanikomeroglu, "Laser Intersatellite Links in a Starlink Constellation: A Classification and Analysis," IEEE Vehicular Technology Magazine, vol. 16, no. 2, pp. 48-56, June 2021. DOI: https://doi.org/10.1109/MVT.2021.3063706
  21. C. W. D. Lumoindong, A. Muslim, B. M. Nasreddin and M. Galina, “Performance and Environmental Impacts Review of Li-Fi and Wi-Fi Technologies”, Journal of Env. Engineering & Waste Management, vol. 3, no. 2, pp. 68-75, October 2018. DOI: https;//doi.org/10.33021/jenv.v3i2.442
  22. D. Tsonev, S. Videv and H. Haas, “Light Fidelity (Li-Fi): Towards All-Optical Networking”, Proc. SPIE, vol. 9007, pp. 1–10, 2014. DOI: https://doi.org/10.1117/12.2044649
  23. A. Chakraborty, T. Dutta, S. Mondal and A. Nath, “Latest Advancement in Light Fidelity (Li-Fi) Technology”, International Journal of Advance Research in Computer Science and Management Studies, vol. 5, no. 12, December 2017, pp. 47-53. [Online]. Available: http://ijarcsms.com/docs/paper/volume5/issue12/V5I12-0017.pdf . [Accessed 21.08.2023]
  24. H. Henniger and O. Wilfert, “An Introduction to Free-space Optical Communications”, Radioengineering, vol. 19, no. 2, June 2010. pp. 203-212. [Online]. Available: https://www.radioeng.cz/fulltexts/2010/10_02_203_212.pdf . [Accessed 21.08.2023]
  25. S. M. Mana, P. Hellwig, J. Hilt, P. W. Berenguer, and V. Jungnickel, “Experiments in Non-Line-of-Sight Li-Fi Channels”, in 2019 Global LIFI Congress (GLC), Paris, France, 2019, pp. 1–6. DOI: https://doi.org/10.1109/GLC.2019.8864131 [Accessed 19.08.2023]
  26. Optical sensors. [Online]. Available: https://www.hamamatsu.com/eu/en.html . [Accessed 19.08.2023]
  27. H. Stockman, “Communication by Means of Reflected Power”, Proc. IRE, vol. 36, October, pp.1196–1204, 1948. DOI: https://doi.org/10.1109/JRPROC.1948.226245
  28. R. Rice, “From radar to RFID: how did we get here?” [Online]. Available: https://www.controldesign.com/sensing/rfid/article/11298327/from-radar-to-rfid-how-did-we-get-here [Accessed 19.08.2023]
  29. B. Smith et al., “Single chip lidar with discrete beam steering digital micromirror device”, Optics Express, vol. 25, no. 13, pp. 14732–14745, 2017. DOI: https://doi.org/10.1364/OE.25.014732
  30. Digital micromirror array DLP4710. [Online]. Available: https://www.ti.com/lit/ds/symlink/dlp4710.pdf . [Accessed 19.08.2023]
  31. Scan Components. [Online]. Available: https://www.scanlab.de/en/products/scan-components . [Accessed 19.08.2023]
  32. Fast Steering System. [Online]. Available: https://www.newport.com/p/FSM-300-NM . [Accessed 19.08.2023]
  33. A. R. Cho et al. “Electromagnetic biaxial microscanner with mechanical amplification at resonance””, Optics Express, vol. 23, issue 13, pp. 16792–16802, 2015. DOI: ttps://doi.org/10.1364/OE.23.016792
§ 06 — Пов'язані

Схожі статті в цьому журналі

Пов'язані рецензовані дослідження, опубліковані в цьому журналі.
Усі випуски

Квазістатична ідентифікація структури затінення сонячних панелей за методом векторів кардинальних чисел

PhD, доц. Олена Олегівна Абакумова, д-р техн. наук, проф. Валерій Якович Жуйков, Микола О. Лук'янов

У статті розглянуто проблему ідентифікації структури затінення сонячних панелей. Актуальність дослідження зумовлена необхідністю швидкої та адекватної реконфігурації…

#Сонячні панелі #Фотоелектрична поверхня #Моделювання структури тіней #Квазістатична ідентифікація
с. 362283.1-362283.7
10.20535/2523-4455.mea.362283

Комплексний метод виділення неінвазивного сигналу фетальної електрокардіограми та класифікації серцевих аритмій

Дмитро А. Шевчук, канд. техн. наук, доц. Наталія Георгіївна Іванушкіна

Стаття присвячена розробці комплексного методу виділення фетального електрокардіосигналу (ФЕКГ) з неінвазивних абдомінальних записів та подальшої автоматизованої…

#абдомінальні електрокардіограми #фетальна електрокардіограма #аритмія #сліпе розділення джерел
с. 356487.1-356487.11
10.20535/2523-4455.mea.356487

Імітаційне моделювання фільтро-компенсаційного перетворювача для трифазної трипровідної мережі

Іван Андрійович Вакуленко, канд. техн. наук, доц. Дмитро Анатолійович Миколаєць, канд. техн. наук, доц. Катерина Сергіївна Клен

У цій статті розглядається критична проблема погіршення якості електроенергії в сучасних енергосистемах, спричинена поширенням нелінійних навантажень. Такі навантаження…

#фільтр-компенсаційний перетворювач #трифазна трипровідна мережа #якість електроенергії #повне гармонійне спотворення
с. 361138.1-361138.6
10.20535/2523-4455.mea.361138

Статті цього автора (цих авторів), які найбільше читають

Схожі статті

1-10 з 57

Ви також можете розпочати розширений пошук схожих статей для цієї статті.