Diffuse Mid-UV communication in the presence of obscurants

Young, D.; Brewer, Jerry; Chang, J.; Chou, Tina; Kvam, Jacques; Pugh, Matthew

doi:10.1109/acssc.2012.6489181

Cited by 5 publications

(3 citation statements)

References 6 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Unclassified

Order By: Relevance

“…A scattering communication link at ultraviolet frequencies was put forward by Sunstein [1] in 1968. A single scattering channel model for non-line-of-sight (NLOS) was proposed by Luettgen et al [2] in 1991, and became an authoritative cited reference [3][4][5][6] . The experimental performance using this model was studied for pulse-position modulation (PPM) or on-off keying (OOK)modulation on light emitting diode (LED) based test bed [5,7,8] .…”

mentioning

confidence: 99%

An ultraviolet laser communication system using frequency-shift keying modulation scheme

Peng

Shi

Guang-hui

et al. 2015

Optoelectron. Lett.

View full text Add to dashboard Cite

A communication system based on an ultraviolet (UV) laser at 266 nm is presented to improve the communication distance. The pulse frequency-shift keying (FSK) modulation scheme is studied and improved in order to reduce the bit error rate (BER), and is put into practice on a field programmable gate array (FPGA). The mathematical models of the modulation and demodulation are established. A test platform is set up to measure the energy density and pulse response under different distances and receiver elevation angles. It is shown that the omnibearing communication can be realized, and the bit rate is limited to 12.5 Mbit/s. The BER is estimated to be less than 10 -7 at distance of 300 m in line-of-sight (LOS) communication model and to be less than 10 -6 at distance of 80 m in non-line-of-sight (NLOS) communication model. Ultraviolet (UV) communication has become an interesting alternative for military communications in the last two decades. In the UV band (200-280 nm), because the sunlight is filtered by the ozone layer and the background radiation is low, weak signals can be detected by the receiver. Meanwhile, the UV light can propagate for only several kilometers due to the high atmospheric scattering and absorption, so the hostile forces cannot detect the signal on our part. UV communication becomes an important military application when radio, wire or fiber communication links are unavailable, unreliable or untrustworthy. It has attracted the attention of researchers because of its good secrecy in recent years. A scattering communication link at ultraviolet frequencies was put forward by Sunstein [1] in 1968. A single scattering channel model for non-line-of-sight (NLOS) was proposed by Luettgen et al [2] in 1991, and became an authoritative cited reference [3][4][5][6] . The experimental performance using this model was studied for pulse-position modulation (PPM) or on-off keying (OOK)modulation on light emitting diode (LED) based test bed [5,7,8] . However, the communication distance is restricted to dozens of meters because the light output power of LED is finite.In this paper, a pulse laser is utilized as the UV source to increase the communication distance. The mathematical models of modulation and demodulation are established. The binary frequency-shift keying (2FSK) is applied and improved to adjust the laser device, and a modified quaternary frequency-shift keying (4FSK) is imported for comparison. A statistic bit error rate (BER) is conducted to explain the performance of the communication system. The UV communication system consists of two basic components: the transmitter (Tx) and the receiver (Rx) [9] . In the transmitter, a pulse laser is modulated by a field programmable gate array (FPGA) to carry digital signal generated from a computer. The output UV light is scattered through atmosphere channel to establish a communication link. At the receiver, a photomultiplier tube (PMT) aided by a solar-blind optical filter is employed for light detection, and another FPGA is utilized to demodulate the si...

show abstract

mentioning

confidence: 99%

An ultraviolet laser communication system using frequency-shift keying modulation scheme

Peng

Shi

Guang-hui

et al. 2015

Optoelectron. Lett.

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…Παρά το ότι η ευνοϊκή επίδραση της σκέδασης έχει προβλεφθεί και περιγραφεί αριθμητικά στη διεθνή βιβλιογραφία [150], [189], δεν έχει επιβεβαιωθεί πειραματικά με συστηματικό τρόπο. Πχ οι πειραματικές μετρήσεις στην [168] έδειξαν υπό συνθήκες μία δυναμική αύξησης του πλήθους των αφικνούμενων φωτονίων στο δέκτη που χρησιμοποιήθηκε όταν στην ατμόσφαιρά εισέρχονταν μικροσωματίδια με τεχνητό τρόπο, αλλά δε μπορούν να βγουν ασφαλή συμπεράσματα καθώς οι μετρήσεις είχαν πολύ μεγάλη διακύμανση ή εμφανιζόταν ακόμα και αύξηση των απωλειών σε κάποιες περιπτώσεις εμφάνισης περισσότερων σκεδαστών στο μέσο για μικρή αύξηση των αποστάσεων καλύπτοντας 20 μέτρα.…”

Section: χαρακτηριστικά καναλιού όσον αφορά τις απώλειεςunclassified

“…Άγνωστο ήταν και το ακριβές μέγεθος των μικροσωματιδίων που παράγονταν. Επομένως, οι προσομοιώσεις πραγματοποιήθηκαν χωρίς την ενσωμάτωση κάποιας κατανομής μεγέθους για τα σταγονίδια ομίχλης, λόγω έλλειψης των απαραίτητων τιμών των παραμέτρων.Η λογική που εφαρμόστηκε ήταν να προστεθούν οι συντελεστές σκέδασης και απορρόφησης που υπολογίστηκαν για τα σταγονίδια ομίχλης (για καθεμία περίπτωση ακτίνας που εξετάστηκε) στους ήδη υπολογισμένους αντίστοιχους συντελεστές καθαρής ατμόσφαιρας[168], δηλαδή για το συντελεστή σκέδασης του μέσου θα ισχύει k' s = k s,Ray + k s,Mie + k s,Fog,D , όπου k s,Fog,D είναι ο συντελεστής σκέδασης που προέκυψε για την περίπτωση ομίχλης με σταγονίδια ακτίνας r D και συγκέντρωσης N Drop. Dens.…”

unclassified

Μελέτη Τοπικών Δικτύων Που Βασίζονται Σε Ενσύρματα Και Ασύρματα Οπτικά Μέσα

Raptis¹,

Ράπτης²

View full text Add to dashboard Cite

Στη παρούσα διατριβή καλύφθηκαν δύο θεματικές ενότητες στις οποίες εξετάστηκε η δυνατότητα ανάπτυξης ζεύξεων που βασίζονται σε οπτικές τεχνολογίες για την κάλυψη μικρών αποστάσεων. Η πρώτη θεματική ενότητα αφορά ενσύρματες μεταδόσεις με χρήση πλαστικών οπτικών ινών με πυρήνα διαμέτρου 980 μm κατασκευασμένες από PMMA για την κάλυψη δεκάδων μέτρων σε εσωτερικούς χώρους. Αυτό που εξετάστηκε ήταν κατά πόσο είναι εφικτή η επέμβαση απευθείας στις πλαστικές ίνες, ώστε να αντιμετωπιστούν οι σχετικά υψηλές απώλειες και το περιορισμένο εύρος ζώνης τους. Αυτά που προέκυψαν ήταν η αύξηση του εύρους ζώνης κατά περίπου 40% και μία μικρή μείωση των απωλειών των τμημάτων ινών που υπέστησαν μία συγκεκριμένη διαδικασία θέρμανσης. Τα επικερδή αποτελέσματα προέκυψαν υπό την προϋπόθεση ότι η πηγή laser και η ίνα είναι άμεσα συνδεδεμένες, με τη δέσμη να εισέρχεται εστιασμένη στο κέντρο της ίνας. Ωστόσο, όταν η δέσμη κάλυπτε την επιφάνεια του πυρήνα, το κέρδος στο εύρος ζώνης εξαφανιζόταν, ενώ παρέμενε μία μικρή μείωση των απωλειών. Η ερμηνεία των φαινομένων επιβεβαιώθηκε και θεωρητικά μέσω προσομοιώσεων. Στη δεύτερη θεματική ενότητα, που αφορά τις οπτικές ασύρματες μεταδόσεις σε εξωτερικό περιβάλλον, ο στόχος ήταν η κάλυψη μικρών αποστάσεων σε χαμηλούς ρυθμούς δεδομένων. Οι απαιτήσεις που τέθηκαν ήταν η έλλειψη οπτικής επαφής μεταξύ πομπού και δέκτη και η περιορισμένη υποβάθμιση της λειτουργίας των ζεύξεων λόγω της ηλιακής ακτινοβολίας. Μία μπάντα που καλύπτει και τις δύο προϋποθέσεις βρίσκεται μεταξύ 200 nm και 280 nm. Αρχικά, η μελέτη περιλάμβανε τη μοντελοποίηση καναλιών για ζεύξεις δύο σημείων στα 265 nm. Επίσης, θεωρήθηκαν μεταδόσεις παλμικών σημάτων και σημάτων πολλαπλών φερόντων, ενώ μοντελοποιήθηκε και η λειτουργία μίας απλής δικτυακής υποδομής. Επιπλέον, τέθηκε το ζήτημα της λειτουργίας υπό καθεστώς πυκνότερης ατμόσφαιρας, όπως με την εμφάνιση ομίχλης, και τα αποτελέσματα έδειξαν σημαντική μείωση των απωλειών και βελτίωση στο εύρος ζώνης. Όσον αφορά τις θεωρητικές μεταδόσεις σημάτων, το αποτέλεσμα της διάδοσης μέσα από το πυκνότερο μέσο ήταν η μείωση των απαιτούμενων επιπέδων ισχύος εκπομπής και ο περιορισμός της αλληλοπαρεμβολής συμβόλων. Τα χαμηλότερα επίπεδα ισχύος εκπομπής υπό πυκνή ατμόσφαιρα επιβεβαιώθηκαν και στην περίπτωση του δικτυακού σεναρίου. Στο πειραματικό κομμάτι, εγκαταστάθηκαν ζεύξεις δύο σημείων. Στο οπτικό τμήμα, ο πομπός αποτελούνταν από LEDs στα 265 nm και ο δέκτης από ένα φίλτρο και ένα φωτοπολλαπλασιαστή. Το πρώτο στάδιο περιλάμβανε τη μέτρηση των απωλειών υπό καθαρή ατμόσφαιρα μέχρι και τα 20 μέτρα. Με την εισαγωγή τεχνητής ομίχλης στο μέσο, προέκυψε καθαρή πτώση των απωλειών. Σε κάποιες ζεύξεις, η μείωση των απωλειών ξεπέρασε τα 7 dB, ενώ υπήρχαν και περιπτώσεις σχηματισμών όπου οι ελάχιστες τιμές των απωλειών ήταν ακόμα και πάνω από 10 dB μικρότερες σε σχέση με την καθαρή ατμόσφαιρα. Το δεύτερο στάδιο των μετρήσεων περιλάμβανε την αξιολόγηση των επιδόσεων ζεύξεων μέχρι 20 μέτρα όσον αφορά τον ρυθμό σφαλμάτων bits για διάχυτες μεταδόσεις σημάτων διαμορφωμένων κατά ένα παλμικό (4-PPM) και κατά ένα σχήμα πολλαπλών φερόντων (Flip-OFDM) σε ρυθμό 10 kbit/s, όπου φάνηκε η ανωτερότητα του 4-PPM λόγω της βέλτιστης διαδικασίας φώρασης. Με την εμφάνιση τεχνητής ομίχλης προέκυψε η αναμενόμενη πτώση του ρυθμού σφαλμάτων bits τόσο για το 4-PPM όσο και για το Flip-OFDM. Η πτώση αυτή ξεπερνούσε σε κάποιες περιπτώσεις ζεύξεων ακόμα και τις δύο τάξεις μεγέθους. Τέλος, εξετάστηκε η επίδραση της ομίχλης σε ζεύξεις με οπτική επαφή πομπού-δέκτη, όπου ο δέκτης αποτελούνταν από ένα φακό και μία φωτοδίοδο pin. Η επίδραση της ομίχλης ήταν αρνητική επιδεινώνοντας τόσο τις απώλειες όσο και το ρυθμό σφαλμάτων bits.

show abstract