ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. eISSN 1684-1719. 2024. №1

УДК: 654.026

структура и оптическая компонентная база
Приёмо-передающего модуля для организации
подводной оптической беспроводной
системы передачи данных

Широков И.Б., Головин В.В., Редькина Е.А.,
Сердюк И.В., Овчаров П.П.

Севастопольский государственный университет,
299053, Севастополь, ул. Университетская, 33

Статья поступила в редакцию 14 ноября 2023 г.

Аннотация. В статье представлены результаты теоретического исследования беспроводного оптического канала связи и экспериментального исследования характеристик беспроводного оптического канала с учетом различной комплектации оптической компонентной базы в составе приемного и передающего модулей. Разработанная модель беспроводного подводного оптического канала связи с позиционно-импульсной модуляцией (4 бита на символ) цифрового потока данных со скоростью передачи 100 Мбит/с показала, что для организации канала связи на трассе 10 м требуется применение массива светоизлучающих диодов в количестве до 20 штук, при этом обеспечивается достаточно большой бюджет трассы с учетом дополнительных факторов, снижающих эффективность распространения света в морской воде. Для организации канала связи выбраны светоизлучающие диоды, так как они обладают достаточно широкой диаграммой направленности и позволяют реализовать относительно простую схему драйвера. Требуемая мощность оптического излучения реализуется за счет применения массива светодиодов. Разработаны принципиальные схемы драйвера светодиодов и блока питания для приемного и передающего модулей. Реализована измерительная установка в составе блоков оптического передатчика и приемника. Тестовый сигнал – регулярная последовательность импульсов со скважностью 2 и частотой 1 МГц. В приемном модуле усиление сигнала с выхода pin-фотодиода реализовано с применением широкополосного операционного усилителя. Подобраны комплекты из трех pin-фотодиодов и 10 светоизлучающих диодов и проведены испытания, в ходе которых определили варианты оптических компонентов, обеспечивающих в беспроводном оптическом воздушном канале связи наилучшие временные характеристики выходного электрического сигнала по времени задержки, переднему и заднему фронту импульсов. Также выполнено измерение на воздушной трассе протяженностью 0,25-3 м при использовании в составе передающего модуля одного и двух светоизлучающих диодов. Экспериментально подтверждено, что для организации канала связи протяженностью до 10 м требуется порядка 15-20 светоизлучающих диодов. Дальнейшие исследования связаны с разработкой и испытанием драйвера для массива светодиодов и прототипа приемо-передающего модуля.

Ключевые слова: беспроводная подводная связь, оптическая связь в видимом диапазоне, драйвер светоизлучающего диода, модель беспроводного подводного оптического канала связи.

Автор для переписки: Головин Владислав Викторович, v_golovin@mail.ru

Литература

1. Song H.C., Hodgkiss W.S. Efficient use of bandwidth for underwater acoustic communication //The journal of the acoustical society of America. – 2013. – Т. 134. – №. 2. – С. 905-908. https://doi.org/10.1121/1.4812762.

2. Gussen C.M. G. et al. A survey of underwater wireless communication technologies //J. Commun. Inf. Sys. – 2016. – Т. 31. – №. 1. – С. 242-255. https://doi.org/10.14209/jcis.2016.22.

3. Li Y. et al. A survey of underwater magnetic induction communications: Fundamental issues, recent advances, and challenges //IEEE Communications Surveys & Tutorials. – 2019. – Т. 21. – №. 3. – С. 2466-2487. https://doi.org/10.1109/COMST.2019.2897610.

4. IEEE Standard Association et al. IEEE standard for local and metropolitan area networks-Part 15.7: short-range wireless optical communication using visible light //IEEE: Piscataway, NZ, USA. – 2011. – С. 1-309.

5. Kong M. et al. Real-time optical-wireless video surveillance system for high visual-fidelity underwater monitoring //IEEE Photonics Journal. – 2022. – Т. 14. – №. 2. – С. 1-9. https://doi.org/10.1109/JPHOT.2022.3147844.

6. Kong M. et al. Toward automatic subsea operations using real-time underwater optical wireless sensor networks //IEEE Photonics Journal. – 2021. – Т. 14. – №. 1. – С. 1-8. https://doi.org/10.1109/JPHOT.2021.3136922

7. Li J. et al. A real-time, full-duplex system for underwater wireless optical communication: hardware structure and optical link model //IEEE Access. – 2020. – Т. 8. – С. 109372-109387. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2020.3001213.

8. Leon P. et al. A new underwater optical modem based on highly sensitive Silicon Photomultipliers //OCEANS 2017-Aberdeen. – IEEE, 2017. – С. 1-6. https://doi.org/10.1109/OCEANSE.2017.8084586.

Для цитирования:

Широков И.Б., Головин В.В., Редькина Е.А., Сердюк И.В., Овчаров П.П. Структура и элементная база приёмо-передающего модуля для организации подводной оптической беспроводной системы передачи данных. // Журнал радиоэлектроники. – 2024. – №. 1. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2024.1.7