Модель лінії вільно-просторового оптичного зв'язку зі смарт-рефлектором
Бічна панель сторінки статті
Основний зміст сторінки статті
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.
Блок інформації про статтю
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
Посилання
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
A. Cozannet, H. Maitre, J. Fleuret and M. Rousseau, Optique et telecommunication : transmission et traitement optiques de l’information / Paris : Eyrolles, 1981
J. Gowar, Optical Communication Systems / London, New Delhi, Tokyo, Toronto, Wellington : Prentice Hall, 1984. ISBN: 978-0136380566
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
J. R. Pierce, Electrons, Waves and Messages, New York : Hanover House, 1956
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
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
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
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
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]
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
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
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
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
Near-Earth Laser Communications, edited by Hamid Hemmati, Boca Raton, London, New York : CRC Press, 2009. ISBN 978-0-8247-5381-8
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
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
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
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]
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
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
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
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]
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]
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]
Optical sensors. [Online]. Available: https://www.hamamatsu.com/eu/en.html. [Accessed 19.08.2023]
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
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]
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
Digital micromirror array DLP4710. [Online]. Available: https://www.ti.com/lit/ds/symlink/dlp4710.pdf. [Accessed 19.08.2023]
Scan Components. [Online]. Available: https://www.scanlab.de/en/products/scan-components. [Accessed 19.08.2023]
Fast Steering System. [Online]. Available: https://www.newport.com/p/FSM-300-NM. [Accessed 19.08.2023]
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
