ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНЫХ БЕСПРОВОДНЫХ ОПТИЧЕСКИХ КАНАЛОВ СВЯЗИ В РАЗЛИЧНЫХ ПОГОДНЫХ УСЛОВИЯХ
Аннотация
Общая проблема традиционных радиоканалов связи – нехватка свободных частот,
зашумление, низкая пропускная способность, необходимость получения лицензии на исполь-
зование частоты, относительная простота взлома. Беспроводные оптические каналы
связи преодолевают данные ограничения, является одним из видов систем связи, исполь-
зующих открытое пространство для передачи информации, переносимой светом – это
указывает на необходимость прямой видимости приёмопередатчиков. Из-за влияния раз-
личных погодных условий световой поток подвержен атмосферному затуханию. В данной
работе было проведено исследование метода повышения эффективности высокопроизво-
дительных беспроводных оптических каналов связи в различных погодных условиях: ясное
небо, туман, дождь и снег. Была рассмотрена существующая технология беспроводной
оптической связи – система с применением плотного мультиплексирования (DWDM) и
одним входом и одним выходом (SISO). И было предложено улучшить существующую сис-
тему применением множественного ввода-вывода (MIMO). Был проведён анализ влияния и
затухания на беспроводную оптическую сеть в различных погодных условиях. Исследование
выполнено на основе использования инструментария программного обеспечения для моде-
лирования Optisystem, которое используется для эмуляции различных погодных условий за-
тухания в двух типах систем. Были разработаны модели для каждой из исследуемых сис-
тем оптической связи. Сравнение между системами SISO и MIMO проводится с точки
зрения коэффициента качества при различных погодных условиях. Предложенная система
показывает многообещающие результаты по производительности и качеству принимае-
мого сигнала. Длина пути передачи предложенной системы в условиях плотного тумана
увеличивается на 33,6%. Длина пути передачи предложенной системы в условиях сильного
дождя увеличивается на 63,89%. Длина пути передачи предложенной системы при сильном
снеге увеличивается на 35,21%.
Литература
Proc. of International Conf. on IEEE Photonics (ICP), 2014, pp. 109-112.
2. Efimova Yu.I., Proshchenok E.V., Romenskiy M.V. Unru P.P. Besprovodnaya opticheskaya
svyaz' v ul'trafioletovom S-diapazone [Wireless optical communication in the ultraviolet
C-band], Modern science, 2021, No. 4-1, pp. 445-450.
3. Poller B.V., Britvin A.V. Nikitenko N.S., Shchetinin Yu.I. Atmosfernye ul'trafioletovye linii
svyazi. Metody postroeniya i kharakteristiki [Atmospheric ultraviolet communication
lines. Methods of construction and characteristics], XXV mezhdunarodnyy simpozium
«Optika atmosfery i okeana. Fizika atmosfery» [XXV International Symposium "Optics
of the atmosphere and ocean. Physics of the atmosphere"]. Novosibirsk, 2019,
pp. V261-V264.
4. Ahmed A., Singh A., Singh A., and Kaur S. Performance Analysis of WDM-MIMO Free Space
Optical System Under Atmospheric Turbulence, Proc. of International Conf. on Signal Processing
and Integrated Networks, 2019, pp. 820-825.
5. Mahlobogwane Z., Owolawi P. A., and Sokoya O. Multiple Wavelength Propagation in Free
Space Optical Wireless Channel, Proc. of International Conf. on Advances in Big Data Computing
and Data Communication Systems (icABCD), 2018, pp. 1-6.
6. Al-Gailani S.A., Mohammad A.B., and Shaddad R.Q. Enhancement of Free Space Optical Link
in Heavy Rain Attenuation Using Multiple Beam Concept, Optik (Stuttg), 2013, Vol. 124,
No. 21, pp. 4798-4801.
7. Noor N.H.M., Naji A.W., and Al-Khateeb W. Performance Analysis of a Free Space Optics
Link With Multiple Transmitters/Receivers, IIUM Enginnering Journal, 2012, Vol. 13, No. 1,
pp. 49-58.
8. Kashani F.D., Mahzoun M.R., and Ghafary B. Beam Propagation Analysis of a Multi Beam
FSO System With Partially Flat-topped Laser Beams in Turbulent Atmosphere, Optik (Stuttg),
2012, Vol. 123, No. 10, pp. 879-886.
9. Manea V., Petre M., Puşcoci S., and Stoichescu D.A. The Approach of Wavelength Dense
Multiplexing Using Free Space Optical Systems, Proc. of International Conf. on Electronics,
Computers and Artificial Intelligence (ECAI), 2016, pp. 1-6.
10. Bloom S., Korevaar E., Schuster J., and Willebrand H. Understanding the Performance of
Free-space Optics, Journal of Optical Networking, 2003, Vol. 2, No. 6, pp. 178-200.
11. Awan M.S., Leitgeb E., Muhammad S.S., Nadeem F., Khan M.S., and Capsoni C. Distribution
Function for Continental and Maritime Fog Environments for Optical Wireless Communication,
Proc. of International Conf. on Communication Systems, Networks and Digital Signal
Processing, 2008, pp. 260-264.
12. Nadeem F., Kvicera V., Awan M. S., Leitgeb E., Muhammad S. S., and Kandus G. Weather
Effects on Hybrid FSO/RF Communication Link, IEEE Journal on Selected Areas Communication,
2009, Vol. 27, No. 9, pp. 1687-1697.
13. Nadeem F., Leitgeb E., Awan M.S., and Kandus G. Optical Wavelengths Comparison for Different
Weather Conditions, Proc. of International Conf. on Satellite and Space Communications,
2009, pp. 279-283.
14. Alkholidi A. and Altowij K. Effect of Clear Atmospheric Turbulence on Quality of Free Space
Optical Communications in Western Asia, Optical Communication System, 2012, pp. 41.
15. Achour M. Simulating Atmospheric Free-Space Optical Propagation: Rainfall Attenuation,
In Free-Space Laser Communication Technologies, 2002, XIV, Vol. 4635, pp. 192-201.
16. Carbonneau T.H. and Wisely D.R. Opportunities and Challenges for Optical Wireless: The
Competitive Advantage of Free Space Telecommunications Links in Today’s Crowded Marketplace,
In Wireless Technologies and Systems: Millimeter-Wave and Optical, 1998,
Vol. 3232, pp. 119-128.
17. Akiba M., Ogawa K., Wakamori K., Kodate K., and Ito S. Measurement and Simulation of the
Effect of Snowfall on Free-space Optical Propagation, Applied Optics, 2008, Vol. 47, No. 31,
pp. 5736-5743.
18. Awan M.S. Statistical-dynamical Channel Modeling of Outdoor Optical Wireless Links, 2010.
19. Электронный ресурс: OptiSystem – Getting Started: Optical Communication System Design
Software, Version 12. Available at: https://optiwave.com/?wpdmdl=157.
20. Murdas I. A. and Abbas Y. K. Design and Simulation of WDM-UWB Based OWC System,
Jurnal of University of Babylon, 2016, Vol. 24, No. 4, pp. 893-906.
21. Горбунов А.В., Зачиняев Ю.В., Плёнкин А.П. Проектирование защищённых оптических
телекоммуникационных систем. Таганрог: Изд-во ЮФУ, 2019, 126 p.
