اثر كانال در سيستم مخابرات نوري زير آب مبتني بر دوربين

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي برق

دكتري

با گسترش روزافزون فناوري و كاربردهاي متنوع دوربين‌ها، به ويژه در سيستم‌هاي اينترنت اشيا (IoT)، استفاده از آن‌ها به عنوان گيرنده در سيستم‌هاي مخابرات نوري بي‌سيم زير آب (UOWC) به طور فزاينده‌اي مورد توجه قرار گرفته است. قابليت‌هاي منحصربه‌فرد دوربين‌ها، مانند تصويربرداري همزمان و پردازش اطلاعات بصري، امكانات جديدي را در زمينه ارتباطات زير آب فراهم مي‌كند. با اين حال، فقدان يك مدل جامع و دقيق براي اين سيستم‌ها، همراه با عدم بررسي پارامترهاي كليدي عملكرد، موانع مهمي را در مسير توسعه و پياده‌سازي آن‌ها ايجاد مي‌كند. در اين راستا، انجام تحقيقات جامع و دقيق در زمينه مدل‌سازي و تحليل سيستم‌هاي مخابرات نوري بي‌سيم زير آب مبتني بر دوربين (UOCC)، از اهميت بسزايي برخوردار است. اين پژوهش با هدف رفع اين خلاءها و ارائه مدلي كامل براي بررسي عملكرد اين سيستم‌ها انجام مي‌شود. در اين پژوهش، تأثير كانال بر عملكرد سيستم UOCC مورد مطالعه قرار گرفته است. چالش‌هاي ناشي از جذب و پراكندگي و تأثير آن‌ها بر عملكرد سيستم، ارزيابي شده است. ابتدا، يك مدل جامع براي سيستم ارائه شده و سپس، با استفاده از داده‌هاي تست‌هاي آزمايشگاهي، صحت عملكرد مدل مورد تأييد قرار گرفته است. عملكرد سيستم با در نظر گرفتن پارامترهاي مختلف از جمله طول كانال، فاصله بين ديودهاي نوري (LED)، زاويه بين فرستنده و گيرنده، قطر LED (D)و طول‌موج فرستنده، مورد بررسي قرار گرفته است. با توجه به وابستگي ضرايب جذب و پراكندگي كانال به طول‌موج، انتخاب طول‌موج مناسب از اهميت ويژه‌اي برخوردار است. در سيستم‌هاي مدولاسيون رنگي و سيستم‌هاي چندكاناله مبتني بر طول‌موج كه از فيلترهاي رنگي و پردازش تصوير ديجيتال استفاده مي‌كنند، اين اهميت دوچندان مي‌شود. نتايج نشان مي‌دهد كه در آب‌هاي تميز و ساحلي، رنگ‌هاي سبز، آبي و قرمز به ترتيب عملكرد بهتري دارند، در حالي كه در آب لنگرگاهي، رنگ قرمز به دليل طول موج بزرگ‌تر و در نتيجه كاهش ضريب پراكندگي، عملكرد بهتري نسبت به رنگ‌هاي سبز و آبي دارد.علاوه بر اين، انتخاب نامناسب توان ارسالي و زمان نوردهي دوربين مي‌تواند منجر به اشباع پيكسل‌ها يا افزايش تأثير نويز بر عملكرد سيستم شود. زاويه نصف توان LED نيز در سيستم‌هايي كه نياز به تحرك فرستنده يا گيرنده دارند، از اهميت بالايي برخوردار است. مدل ارائه شده در اين پژوهش، امكان تحليل و بررسي تأثير هر يك از پارامترهاي سيستم را به صورت مجزا فراهم مي‌كند.براي بررسي تأثير پراكندگي بر عملكرد سيستم، تداخل بين كانال‌ها مورد مطالعه قرار گرفته است. تحليل تأثير تداخل و نويز نشان داد كه در آب لنگرگاهي، تداخل، عامل غالب در كاهش عملكرد سيستم است، در حالي كه در آب‌هاي تميز و ساحلي، نويزهاي سيستم تأثير بيشتري دارند. قابليت تحرك در سيستم‌هاي UOCC، يكي از مزاياي كليدي اين سيستم‌ها است. زاويه نصف توان LED از پارامترهاي بسيار مؤثر بر اين قابليت سيستم‌هاي UOCC است. افزايش زاويه نصف توان LED از 10 درجه به 60 درجه در آب لنگرگاهي با طول كانال 8/0 متر، منجر به كاهش dB20 در نسبت سيگنال به نويز و تداخل (SINR) شده است. علاوه‌براين، تحرك فرستنده و گيرنده مي‌تواند منجر به ناهم‌ترازي زاويه‌اي شود. نتايج اين پژوهش نشان مي‌دهد كه تغيير زاويه بين فرستنده و گيرنده در آب لنگرگاهي با طول كانال 6/0 متر تا 45 درجه، منجر به كاهش dB 15 در SINR مي‌شود.

233385

الكترونيك

مهندسي برق و كامپيوتر

دانشگاه صنعتي اصفهان