طراحی و ساخت سامانۀ مخابرات لیزری بیسیم زیر آب

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار دانشکده فیزیک، دانشگاه علم و صنعت ایران

2 کارشناسی ارشد فوتونیک، دانشکده فیزیک، دانشگاه علم و صنعت

چکیده

در مقالۀ حاضر، ملاحظات مربوط به طراحی و ساخت سامانه ی مخابرات لیزری بی سیم دیجیتال زیر آب برای ارسال اطلاعات با گونه های مختلف (فیلم، تصویر، صوت و متن) ارائه شده ست. سپس ساختمان سامانه‌ی فرستنده و گیرنده تشریح شده است. هر کدام از این سامانه ها شامل دو بخش نرم‌افزاری و سخت افزاری هستند. در بخش نرم افزاری، به منظور کنترل ارسال، دریافت و پردازش اطلاعات، کدهای ضروری برای درگاه سریال در نرم افزار متلب نوشته شده‌است. در بخش های سخت افزاری، در فرستنده؛ رایانه و مدار مدوله کننده TTL لیزر و در گیرنده؛ مدار آشکارسازی و رایانه، به وسیلۀ تراشه FIDI مبدل یو اس بی به سریال، به یکدیگر مرتبط می شوند. در نهایت، تست میدانی سامانه مخابراتی نشان داده است که این سامانه، توانایی انتقال انواع مختلف اطلاعات را تا 100 متر و با پهنای باند 3 مگابیت در هر ثانیه دارد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

design and fabrication of underwater FSO system

نویسندگان [English]

  • Fatemeh Dabbagh Kashani 1
  • S Khatami 2
  • B Shariati 2
چکیده [English]

iIn this article, the consideration of design and manufacturing method of laser base under water digital communication system for transformation of every kind of data (video, image, sound, text) is presented. By studying the effects of transmission channel (water) on the propagation properties of laser, 532 nm has been chosen as laser source wavelength. Then, the transmitter and receiver systems are discussed. Each of these systems includes two main parts: software and hardware. In software parts, to control transmission, receiption and processing of the every kind of data, essential codes have been written in MATLAB software for serial port. In hardware parts, computer and laser TTL modulation circuit in transmitter and detector circuit and computer in receiver are related by USB to serial converter FTDI chip. Finally, the field test shows that this system is able to best communicate (every kind of data) in 100 m link length by 3 Mb/s rate.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Underwater laser communication
  • Transmitter
  • receiver
  • MATLAB software
  • USB Port
  • Serial protocol
[1] Doniec, M., Detweiler, C., Vasilescu, I., & Rus, D. “Using Optical Communication for Remote Underwater Robot Operation”. In Intelligent Robots and Systems (IROS), IEEE/RSJ International Conference,  pp.4017-4022, 2010.

[2] Mooradian, G.. “Undersea Laser Communications is a “Game-Changer” for the US Navy, So How Do We Make the Promise a Reality?”. In Photonics Society Summer Topical Meeting Series, IEEE , pp.71- 72, 2012.

[3] Kaushal, H., & Kaddoum, G. “Underwater optical wireless communication:. IEEE access, Vol.4, pp.1518-1547, 2016.

[4] Brundage H., “Designing a Wireless Underwater Optical Communication System”, M.S. Thesis, MIT, 2010.

[5] کاظمیان، اسماعیل، دباغ کاشانی، فاطمه و کهریزی، امیر،. "تحلیل نرخ خطای بیت در لینک مخابراتی زیرآبی امن لیزری در تنگه هرمز"، نشریۀ علمی – پژوهشی دانشگاه علوم دریایی امام خمینی، دریا فنون، دوره 1، شماره 1، 11-18، 1393.

[6] Bouchet, O., “Free-Space Optics Propagation and Communication”,Wiley-ISTE, 2006.

[7] Snow, J. B., Flatley, J. P., Freeman, D. E., Landry, M. A., Lindstrom, C. E., Longacre, J. R., & Schwartz, J. A., “Underwater Propagation of High-Data-Rate Laser Communications Pulses”. In Ocean Optics XI , Vol.1750, pp.419-428, 1992.

[8] Bales, J.W. and Chrissostomidis C. “High-Bandwidth, Low-Power, Short-Range Optical Communication Underwater”. In: Proceedings of the 9th International Symposium on Unmanned Untethered Submersible Technology, Durham, New Hampshire, USA, pp.406–415,

[9] Chancey M.A., “Short Range Underwater Optical Communication Links”, M.S. Thesis, North Carolina State Univ., 2005.

[10] Hanson F and Radic S. “High bandwidth  underwater optical communication”. Applied Optics, Vol.  47, pp. 277- 283, 2008.

[11] ماتسو، سوئه، "مخابرات نوری"، ترجمه: جمشید نیر، ستاد انقلاب فرهنگی، مرکز نشر دانشگاهی، تهران، 1932

[12] Yi, X., Li, Z., & Liu, Z . “Underwater Optical Communication Performance for Laser Beam Propagation Through Weak Oceanic Turbulence”. Applied Optics, Vol.54, pp.1273-1278, 2015. 

[13] Jerlove N.J., “Optical Studies of Ocean  Waters”, Elanders boktr. 1957.

[14] اسماعیل کاظمیان، فاطمه دباغ کاشانی، "تحلیل لینکهای مخابرات لیزری در فصلهای مختلف در سواحل مَکُران"، اولین همایش ملی توسعه سواحل مکران و اقتدار دریایی جمهوری اسلامی ایران، چابهار، 1391.

[15] Cox Jr. W.C., “A 1 Mbps Underwater Communication System Using a 405 nm Laser Diode and Photomultiplier Tube”, M.S. Thesis, North Carolina State Univ., 2007.

[16] Golmohammady, S. H., Yousefi, M., & Kashani, F. D. “Scrutinizing the Effects of Turbulence on Partially Coherent Gaussian Beam Propagating Through Caspian Sea”. Optik-International Journal for Light and Electron Optics, Vol.138, pp.416-426, 2017.

[17] Kazemian, E., Kashani, F. D. “Reliability analysis of underwater optical communication links in different locations through caspain sea”, International Journal for Light and Electron Optics, Vol. 124, pp. 5184- 5188, 2013.

[1۸] آزاد, محمد، محاسبه و شبیه سازی اثرات توربولنس اتمسفری با استفاده از باریکۀ لیزری با همدوسی جزئی بر ارتباطات لیزری مبتنی بر مدولاسیون های OOK، PPM، BPSK، پایان‌نامه کارشناسی ارشد فوتوننیک، دانشکده فیزیک، دانشگاه علم وصنعت ایران، 1392.

[19] Kahn, J. “Modulation and detection techniques for optical communication systems”, In Coherent Optical Technologies and Applications  (p. CThC1). Optical Society of America, June. 2006.

[20] Nakamura, K., Mizukoshi, I., & Hanawa, M. “Optical wireless transmission of 405 nm, 1.45 Gbit/s optical IM/DD-OFDM signals through a 4.8 m underwater channel”, Optics express, Vol.23, pp.1558-1566. 2015.

[21] Baghdady, J., Miller, K., Morgan, K., Byrd, M., Osler, S., Ragusa, R. & Johnson, E. G. “Multi-gigabit/s underwater optical communication link using orbital angular momentum multiplexing”. Optics express, Vol.24, pp.9794-9805, 2016.

[22] www.ftdichip.com (accessed 31/08/2017)