Подводная связь в видимом свете привлекла большое внимание к анализу беспроводных оптических сигналов для следующего поколения беспроводных операторов связи, соответствующих стандарту 5G и выше (5GB). Зависящие от глубины физико-химические свойства воды, такие как колебания температуры, давления, плотности и солености, формируют разные значения показателей преломления, а также турбулентности воды. Канальная турбулентность является узким местом для распространения оптических сигналов в водных средах, особенно в океанах, а также причиной некорректной работы приемопередатчиков по причине смещения сигнала или ошибки наведения. Настоящее исследование посвящено анализу производительности отражающего узла в системе подводной оптической связи, работающей в видимом свете. На основе экспериментальных данных, полученных при изучении океана, рассматриваются показатели отказоустойчивости и коэффициенты битовых ошибок при передаче сигнала. В предлагаемой модели системы показатели производительности получены в условиях канала слабой турбулентности в рамках схемы амплитудно-импульсной модуляции. Кроме того, аналитически выведено выражение в закрытой форме для характеристики простоя и точное асимптотическое выражение для коэффициента битовых ошибок при высоком отношении сигнал-шум, из которого можно извлечь данные о влиянии среды на параметры канала связи и системы в целом. Результаты моделирования показывают работоспособность модели системы подводной связи в видимом свете.
1. Elamassie M., Miramirkhani F., Uysal M. Channel modeling and performance characterization of underwater visible light communications. In: 2018 IEEE International Conference on Communications Workshops (ICC Workshops), Kansas City, MO, USA. 2018. p. 1–5. DOI: 10.1109/ICCW.2018.8403731.
2. Zedini E., Oubei H.M., Kammoun A., Hamdi M., Ooi B.S., Alouini M.-S. Unified statistical channel model for turbulence-induced fading in underwater wireless optical communication systems. IEEE Transactions on Communications. 2019;67(4):2893–2907. DOI: 10.1109/TCOMM.2019.2891542.
3. Chen J., Yu Z., Wang T., Liu Z., Gao S. High-speed modulating retro-reflectors with optical phase conjugation compensation. Optics Communications. 2022;507:127629. DOI: 10.1016/j.optcom.2021.127629.
4. Ziph-Schatzberg L., Bifano T., Cornelissen S., Stewart J., Bleier Z. Deformable mems mirror in secure optical communication system. In: Proc. SPIE 7318, Micro- and Nanotechnology Sensors, Systems, and Applications, 73180T, 11 May 2009, Orlando, Florida, United States. 2009. p. 190–201. DOI: 10.1117/12.818831.
5. Dabiri M.T., Rezaee M., Mohammadi L., Javaherian F., Yazdanian V., Hasna O., Uysal M. Modulating retroreflector based free space optical link for UAV-to-ground communications. IEEE Transactions on Wireless Communications. 2022;21(10):8631–8645. DOI: 10.1109/TWC.2022.3167945.
6. Li C., Liu H., Lin W., Yan B., Li S., Liu B. Performance analysis of modulating retro-reflector free space optical communication system over gamma-gamma fading channels. Microwave and Optical Technology Letters. 2022;64(3):609–615. DOI: 10.1002/mop.33140.
7. Zhang Z., Yin X., Cui X., Chang H., Xin X. Performance analysis of modulating retro-reflector link based on orbital angular momentum coding in underwater channels. Optics Communications. 2022;127903. DOI: 10.1016/j.optcom.2022.127903.
8. Jamali M.V., Khorramshahi P., Tashakori A., Chizari A., Shahsavari S., AbdollahRamezani S., Fazelian M., Bahrani S., Salehi J.A. Statistical distribution of intensity fluctuations for underwater wireless optical channels in the presence of air bubbles. In: 2016 Iran Workshop on Communication and Information Theory (IWCIT). IEEE, Tehran, Iran. 2016. p. 1–6. DOI: 10.1109/IWCIT.2016.7491626.
9. Elamassie M., Al-Nahhal M., Kizilirmak R.C., Uysal M. Transmit laser selection for underwater visible light communication systems. In: 2019 IEEE 30th Annual International Symposium on Personal, Indoor, and Mobile Radio Communications (PIMRC), Istanbul, Turkey. 2019. p. 1–6. DOI: 10.1109/PIMRC.2019.8904100.
10. Kaushal H., Kaddoum G. Underwater optical wireless communication. IEEE access. 2016;4:1518–1547. DOI: 10.1109/ACCESS.2016.2552538.
11. Elamassie M., Uysal M. Vertical underwater VLC links over cascaded gamma-gamma turbulence channels with pointing errors. In: IEEE International Black Sea Conference on Communications and Networking (BlackSeaCom), Sochi, Russia. 2019. p. 1–5. DOI: 10.1109/BlackSeaCom.2019.8812811.
12. Bhowal A., Kshetrimayum R.S. Performance analysis of one-and two-way relays for underwater optical wireless communications. OSA Continuum. 2018;1(4):1400–1413. DOI: 10.1364/OSAC.1.001400.
13. Ali M.F., Jayakody D.N.K., Garg S., Kaddoum G., Hossain M.S. Dual-hop mixed FSO-VLC underwater wireless communication link. IEEE Transactions on Network and Service Management. 2022;19(3):3105–3120. DOI: 10.1109/TNSM.2022.3181169.
14. Elamassie M., Uysal M., Baykal Y., Abdallah M., Qaraqe K. Effect of eddy diffusivity ratio on underwater optical scintillation index. Journal of the Optical Society of America A. 2017;34(11):1969–1973. DOI: 10.1364/JOSAA.34.001969.
15. Yang F., Cheng J., Tsiftsis T.A. Free-space optical communication with nonzero boresight pointing errors. IEEE Transactions on Communications. 2014;62(2);713–725. DOI: 10.1109/TCOMM.2014.010914.130249.
16. Ramavath P.N., Udupi S.A., Krishnan P. Co-operative RF-UWOC link performance over hyperbolic tangent log-normal distribution channel with pointing errors. Optics Communications. 2020;469:125774. DOI: 10.1016/j.optcom.2020.125774.
17. Adamchik V., Marichev O. The algorithm for calculating integrals of hypergeometric type functions and its realization in reduce system. In: Proceedings of the international symposium on Symbolic and algebraic computation. ACM. 1990. p. 212–224.
18. Chiani M., Dardari D., Simon M.K. New exponential bounds and approximations for the computation of error probability in fading channels. IEEE Transactions on Wireless Communications. 2003;2(4):840–845. DOI: 10.1109/TWC.2003.814350.
19. Belkic D. The Euler T and Lambert W functions in mechanistic radio-biological models with chemical kinetics for the repair of irradiated cells. Journal of Mathematical Chemistry. 2018;56(8):2133–2193. DOI: 10.1007/s10910-018-0932-3.
20. Argo floats, “Southern Indian Ocean”. URL: https://argo.ucsd.edu/. [дата обращение: 15.12.2021].
21. Nikishov V.V., Nikishov V.I. Spectrum of turbulent fluctuations of the sea-water refraction index. International Journal of Fluid Mechanics Research. 2000;27(1)82–98. DOI: 10.1615/InterJFluidMechRes.v27.i1.70.
22. Farid A.A., Hranilovic S. Outage capacity optimization for free-space optical links with pointing errors. Journal of Lightwave Technology. 2007;25(7):1702–1710. DOI: 10.1109/JLT.2007.899174.
