Vol. 36, issue 10, article # 1

Abstract:

Experimental and theoretical studies of optical non-line-of-sight communication in air and water media performed in Russia in 2012–2022 are rewieved. The main results of field, laboratory, and numerical experiments in the IR, visible, and UV wavelength ranges are given. In the laboratory experiments, a water-glycerine and atmospheric air mixture were used as a scattering medium. In the field experiments, communication was implemented in the near-surface air layer, as well as in artificial and natural water reservoirs (including through ice). Investigations were performed for coplanar and non-coplanar schemes of communication channels.

Keywords:

optoelectronic non-line-of-sight (NLOS) communication, experiments, air, water medium, probability, error

References:

1. Sunstein D.E. A scatter communication link at ultraviolet frequencies: PhD thesis. Massachusetts: Massachusetts Institute of technology. June 1968.
2. Di-yong Peng, Jun Shi, Guang-hui Peng, Sha-li Xiao, Shan-he Xu, Shan Wang, Feng Liu. An ultraviolet laser communication system using frequency-shift keying modulation scheme // Optoelectron. Lett. 2015. V. 11. P. 65–68. DOI: 10.1007/s11801-015-4196-x.
3. Renzhi Yuan, Jianshe Ma, Ping Su, Yuhan Dong, Julian Cheng. Monte-Carlo integration models for multiple scattering based optical wireless communication // IEEE Trans. Commun. 2020. V. 68, N 1. P. 334–348.
4. Pozhidaev V.N. Osushchestvimost' liniy svyazi ul'trafioletovogo diapazona, osnovannykh na effekte molekulyarnogo i aerozol'nogo rasseyaniya v atmosfere // Radiotekhnika i elektronika. 1977. V. 22, N 10. P. 2190–2192.
5. Poller B.V. Besprovodnye lokal'nye opticheskie seti s vozmozhnostyami ispol'zovaniya atmosfernogo kanala svyazi s rasseyaniem // Sb. dokladov 10 MNTK «Radiolokatsiya navigatsiya, svyaz'». Voronezh, 2004. P. 150–158.
6. Zuev V.E., Krekov G.M. Sovremennye problemy atmosfernoy optiki. V. 2. Opticheskie modeli atmosfery. L.: Gidrometeoizdat, 1986. 256 p.
7. Panchenko M.V., Kabanov M.V., Pkhalagov Yu.A., Belan B.D., Kozlov V.S., Sakerin S.M., Kabanov D.M., Uzhegov V.N., Shchelkanov N.N., Polkin V.V., Terpugova S.A., Tolmachev G.N., Yausheva E.P., Arshinov M.Yu., Simonenkov D.V., Shmargunov V.P., Chernov D.G., Turchinovich Yu.S., Pol’kin Vas.V., Zhuravleva T.B., Nasrtdinov I.M., Zenkova P.N. Kompleksnye issledovaniya troposfernogo aerozolya v IOA SO RAN (etapy razvitiya) // Optika atmosf. i okeana. 2019. V. 32, N 9. P. 703–716; Panchenko M.V., Kabanov M.V., Pkhalagov Yu.A., Belan B.D., Kozlov V.S., Sakerin S.M., Kabanov D.M., Uzhegov V.N., Shchelkanov N.N., Polkin V.V., Terpugova S.A., Tolmachev G.N., Yausheva E.P., Arshinov M.Yu., Simonenkov D.V., Shmargunov V.P., Chernov D.G., Turchinovich Yu.S., Pol’kin Vas.V., Zhuravleva T.B., Nasrtdinov I.M., Zenkova P.N. Integrated studies of tropospheric aerosol at the Institute of Atmospheric Optics (development stages) // Atmos. Ocean. Opt. 2020. V. 33, N 1. P. 27–41.
8. Optika okeana i atmosfery / pod red. K.S. Shifrina. M.: Nauka, 1981. 231 p.
9. Optika okeana. V. 2. Prikladnaya optika okeana / pod red. A.S. Monina. M.: Nauka, 1983. 236 p.
10. Sutorikhin I.A., Bukatyy V.I., Akulova O.B. Spektral'naya prozrachnost' vody v raznotipnykh ozerakh Altayskogo kraya. Barnaul: Izd-vo AltGU, 2015. 145 p.
11. Marchuk G.I., Mikhaylov G.A., Nazaraliev M.A., Darbinyan R.A., Kargin B.A., Elepov B.S. Metod Monte-Karlo v atmosfernoy optike. Novosibirsk: Nauka, Sibirskoe otdelenie, 1976. 284 p.
12. Zuev V.E., Belov V.V., Veretennikov V.V. Teoriya sistem v optike dispersnykh sred. Tomsk: Spektr, 1997. 402 p.
13. Belov V.V., Tarasenkov M.V. Tri algoritma statisticheskogo modelirovaniya v zadachakh opticheskoy svyazi na rasseyannom izluchenii i bistaticheskogo zondirovaniya // Optika atmosf. i okeana. 2016. V. 29, N 5. P. 397–403.
14. Loboda G.Z. Modification of the double local estimate of the Monte Carlo method in radiation transfer theory // Rus. J. Numerical Analysis and Mathematical Modeling. 2011. V. 26, N 5. P. 491–500.
15. Belov V.V., Juwiler I., Blaunstein N., Tarasenkov M.V., Poznakharev E.S. NLOS communication: Theory and experiments in the atmosphere and underwater // Atmosphere. 2020. V. 11, N 10. P. 1122–1137. DOI: 10.3390/atmos11101122.
16. Tarasenkov M.V., Belov V.V., Poznakharev E.S. Modelirovanie protsessa peredachi informatsii po atmosfernym kanalam rasprostraneniya rasseyannogo lazernogo izlucheniya // Optika atmosf. i okeana. 2017. V. 30, N 5. P. 371–376; Tarasenkov M.V., Belov V.V., Poznakharev E.S. Simulation of information transfer through atmospheric channels of scattered laser radiation propagation // Atmos. Ocean. Opt. 2017. V. 30, N 5. P. 412–416.
17. Tarasenkov M.V., Peshkov S.A., Poznakharev E.S. Otsenka veroyatnosti registratsii oshibochnykh simvolov v kanale atmosfernoy opticheskoy svyazi na rasseyannom izluchenii v UF-diapazone dlin voln v usloviyakh dnya i nochi // Fotonika. 2023. V. 17, N 1. P. 1–12.
18. Sayt OAO «Katod». Novosibirsk, 2023. https://katodnv.com. (data obrashcheniya: 15.05.2023).
19. Kneizys F.X., Shettle E.P., Anderson G.P., Abreu L.W., Chetwynd J.H., Selby J.E.A., Clough S.A., Gallery W.O. User Guide to LOWTRAN-7. ARGL-TR-86-0177. ERP 1010. Hansom AFB, 1988. P. 13.
20. Tarasenkov M.V., Belov V.V., Poznakharev E.S. Statisticheskoe modelirovanie kharakteristik kanala opticheskoy svyazi na rasseyannom izluchenii s bespilotnym letatel'nym apparatom // Optika atmosf. i okeana. 2022. V. 35, N 10. P. 791–798.
21. Tarasenkov M.V., Belov V.V., Poznakharev E.S. Statisticheskoe modelirovanie kharakteristik podvodnoy opticheskoy svyazi na rasseyannom izluchenii // Optika atmosf. i okeana. 2019. V. 32, N 4. P. 273–278; Tarasenkov M.V., Belov V.V., Poznakharev E.S. Statistical simulation of the characteristics of diffuse underwater optical communication // Atmos. Ocean. Opt. 2019. V. 32, N 4. P. 387–392. DOI: 10.1134/S102485601904016X.
22. Belov V.V., Tarasenkov M.V., Abramochkin V.N., Ivanov V.V., Fedosov A.V., Troitskiy V.O., Shiyanov D.V. Atmosfernye bistaticheskie kanaly svyazi s rasseyaniem. Part 1. Metody issledovaniya // Optika atmosf. i okeana. 2013. V. 26, N 4. P. 261–267.
23. Belov V.V., Tarasenkov M.V., Abramochkin V.N., Ivanov V.V., Fedosov A.V., Gridnev Yu.V., Troitskiy V.O., Dimaki V.A. Atmosfernye bistaticheskie kanaly svyazi s rasseyaniem. Part 2. Polevye eksperimenty 2013 year // Optika atmosf. i okeana. 2014. V. 27, N 8. P. 659–664.
24. Abramochkin V.N., Belov V.V., Gridnev Yu.V., Kudryavtsev A.N., Tarasenkov M.V., Fedosov A.V. Optiko-elektronnaya svyaz' v atmosfere na rasseyannom lazernom izluchenii. Polevye eksperimenty // Svetotekhnika. 2017. N 4. P. 24–30; Abramochkin V.N., Belov V.V., Gridnev Yu.V., Kudryavtsev A.N., Tarasenkov M.V., Fedosov A.V. Optoelectronic communication in the atmosphere using diffuse laser radiation. Experiments in the field // Light & Engineering. 2017. V. 25, N 4. P. 41–49.
25. Belov V.V., Tarasenkov M.V., Abramochkin V.N. Bistatic atmospheric optoelectronic communication systems (field experiments) // Tech. Phys. Lett. 2014. V. 40, N 10. P. 871–874.
26. Belov V.V., Tarasenkov M.V., Abramochkin V.N., Troitskii V.O. Over-the-horizon optoelectronic communication systems // Russ. Phys. J. 2014. V. 57, N 7. P. 202–208.
27. Belov V.V. Opticheskaya svyaz' na rasseyannom ili otrazhennom lazernom izluchenii // Svetotekhnika. 2018. N 6. P. 6–12.
28. Belov V.V., Gridnev Yu.V., Kudryavtsev A.N., Tarasenkov M.V., Fedosov A.V. Optiko-elektronnaya svyaz' v UF-diapazone dlin voln na rasseyannom lazernom izluchenii // Optika atmosf. i okeana. 2018. V. 31, N 7. P. 559–562.
29. Belov V.V., Abramochkin V.N., Gridnev Yu.V., Kudryavtsev A.N., Kulaev S.P., Tarasenkov M.V., Troitskiy V.O., Fedosov A.V. Bistaticheskaya optiko-elektronnaya svyaz' v UF-diapazone dlin voln. Polevye eksperimenty v 2016 year // Optika atmosf. i okeana. 2017. V. 30, N 2. P. 111–114. DOI: 10.15372/AOO20170201.
30. Dimaki V.A., Sukhanov V.B., Troitskiy V.O., Filonov A.G., Shestakov D.Yu. Lazer na bromide medi s komp'yuternym upravleniem impul'sno-periodicheskogo, tsugovogo i zhdushchego rezhimov // Pribory i tekhnika eksperimenta. 2008. N 6. P. 119–122.
31. Arsent'ev V.G., Berestyak A.S., Krivolapov G.I. Ob effektivnosti impul'snogo metoda peredachi informatsii v avtonomnykh sistemakh monitoringa // Materialy II Vserossiyskoy nauchno-tekhnicheskoy konferentsii «Nauchnoe i tekhnicheskoe obespechenie issledovaniy i osvoeniya shel'fa Severnogo Ledovitogo okeana». Novosibirsk: INFOSFERA, 2012. P. 178–180.
32. Arshinov M.Yu., Belan B.D., Davydov D.K., Ivlev G.A., Kozlov A.V., Pestunov D.A., Pokrovskiy E.V., Tolmachev G.N., Fofonov A.V. Posty dlya monitoringa parnikovykh i okislyayushchikh atmosferu gazov // Optika atmosf. i okeana. 2007. V. 20, N 1. P. 53–61.
33. Pkhalagov Yu.A., Uzhegov V.N. Statisticheskiy metod razdeleniya koeffitsientov obshchego oslableniya IK-radiatsii na komponenty // Optika atmosf. i okeana. 1988. V. 1, N 10. P. 3–11.
34. Pkhalagov Yu.A., Uzhegov V.N., Shchelkanov N.N. Avtomatizirovannyy mnogovolnovoy izmeritel' spektral'noy prozrachnosti prizemnoy atmosfery // Optika atmosf. i okeana. 1992. V. 5, N 6. P. 667–671.
35. Uzhegov V.N., Rostov A.P., Pkhalagov Yu.A. Avtomatizirovannyy trassovyy fotometr // Optika atmosf. i okeana. 2013. V. 26, N 7. P. 590–594.
36. Belov V.V., Poznakharev E.S., Tarasenkov M.V., Fedosov A.V. Nekomplanarnye kommunikatsionnye bistaticheskie sistemy svyazi. Polevye i laboratornye eksperimenty // Optika atmosf. i okeana. 2022. V. 35, N 1. P. 63–66. DOI: 10.15372/AOO20220109.
37. Belov V.V., Abramochkin V.N., Kudryavtsev A.N., Tarasenkov M.V., Fedosov A.V., Poznakharev E.S. Izmeritel' koeffitsienta oslableniya vodnoy sredy v laboratornykh i polevykh usloviyakh // Optika atmosf. i okeana. 2019. V. 32, N 12. P. 983–985. DOI: 10.15372/AOO20191206.
38. Belov V.V., Abramochkin V.N., Gridnev Yu.V., Kudryavtsev A.N., Tarasenkov M.V., Fedosov A.V. Optiko-elektronnye bistaticheskie kommunikatsionnye sistemy. Polevye eksperimenty na iskusstvennom i estestvennom vodoemakh // Optika atmosf. i okeana. 2017. V. 30, N 1. P. 82–87; Belov V.V., Abramochkin V.N., Gridnev Yu.V., Kudryavtsev A.N., Tarasenkov M.V., Fedosov A.V. Bistatic optoelectronic communication systems: Field experiments in artificial and natural water reservoirs // Atmos. Ocean. Opt. 2017. V. 30, N 4. P. 366–371. DOI: 10.1134/S1024856017040042.
39. Sutorikhin I.A., Bukatyy V.I., Litvikh M.E., Ekkerdt K.Yu. Vliyanie vzveshennogo veshchestva na spektral'nuyu prozrachnost' ozer Altayskogo kraya // Optika atmosf. i okeana. Fizika atmosfery: Tez. dokl. XXII Mezhdunar. simp. Tomsk: Izd-vo IOA SO RAN, 2016. P. 93.
40. Poller B.V., Klement'ev V.M., Britvin A.V., Kolomnikov Yu.D., Poller A.B. Eksperimental'nye parametry teragertsovykh polimernykh fotonno-kristallicheskikh volnovodov // Interekspo Geo-Sibir'. 2012. V. 1, N 5. P. 246–249.
41. Britvin A.V., Poller A.B., Poller B.V., Kusakina A.E. Kharakteristiki preobrazovaniya opticheskikh signalov v polimernykh plenkakh s lyuminoforami, s nanochastitsami zheleza // Interekspo Geo-Sibir'. 2012. V. 2, N 4. P. 22–26.
42. Poller B.V., Britvin A.V., Kusakina A.E. Eksperimental'nye kharakteristiki rasprostraneniya lazernykh signalov na gorizontal'noy i naklonnoy trassakh na Gornom Altae // Interekspo Geo-Sibir'. 2013. V. 5, N 3. P. 108–110.
43. Britvin A.V., Nikitenko N.S., Plyusnin V.F., Poller B.V., Poller A.B., Shakhov N.V. O fotostabil'nosti akrilatnykh i polimetilmetakrilatnykh planarno-volokonnykh struktur s lyuminoforami COUMARIN 7, 47, 120; POPOP; NOL8 dlya ul'trafioletovykh informatsionnykh sistem // Opt. i spektroskop. 2022. V. 130, N 2. P. 311–316.
44. Britvin  A.V., Nikitenko N.S., Poller A.B., Poller B.V., Shakhov N.V. KHarakteristiki trendov v dinamike izlucheniya polimernykh planarno-volnovodnykh struktur s lyuminoforami dlya ul'trafioletovykh informatsionnykh sistem pri dlitel'nykh naturnykh ispytaniyakh // Problemy informatiki. 2022. V. 56, N 3. P. 5–13.
45. Britvin A.V., Mesenzova I.S., Pavlov N.A., Povazhaev A.V., Poller B.V. Eksperimental'nye kharakteristiki rasprostraneniya ul'trafioletovykh mnogoluchevykh signalov na trassakh observatorii «KAYTANAK» v Respublike Altay // Interekspo Geo-Sibir'. 2018. V. 2, N 5. P. 134–140.
46. Marchuk V.S. Ispol'zovanie tekhnologii MIMO v otkrytykh opticheskikh sistemakh svyazi nepryamoy vidimosti dlya povysheniya nadezhnosti peredachi informatsii // Problemy telekommunikatsiy. 2019. V. 24, № 1. P. 90–103.
47. Efimova Yu.I., Proshchenok E.V., Romenskiy M.V., Unru P.P. Besprovodnaya opticheskaya svyaz' v ul'trafioletovom C-diapazone // Modern Science. 2021. N 4–1. P. 445–450.
48. Semernik I.V., Bender O.V., Tarasenko A.A., Samonova K.V. Osobennosti rasprostraneniya opticheskogo izlucheniya v morskoy srede dlya obespecheniya podvodnoy besprovodnoy opticheskoy svyazi // Tendentsii razvitiya nauki i obrazovaniya. 2022. N 92–9. P. 110–116.
49. Vasil'ev G.S., Kuzichkin O.R., Surzhik D.I., Konstantinov I.S. Metod masshtabnogo fizicheskogo modelirovaniya sistemy svyazi UF–C-diapazona // Fundamental'nye i prikladnye problemy tekhniki i tekhnologii. 2020. N 6. P. 141–147.
50. Abramova E.S., Myshkin V.F., Khan V.A., Balandin S.F., Eremeev R.S., Pavlova M.S., Khorokhorin D.M. Ob ispol'zovanii bistaticheskikh podvodnykh opticheskikh sistem svyazi // T-COMM: Telekommunikatsii i transport. 2020. V. 14, N 8. P. 4–12.
51. Abramova E.S., Myshkin V.F., Pavlova M.S., Abramov S.S., Pavlov I.I. Razvitie bistaticheskoy svyazi v Rossii // Elektrosvyaz'. 2019. N 10. P. 36–40.
52. Poller B.V., Britvin A.V., Borisov B.D., Kolomnikov Yu.D., Konyaev S.I., Kusakina A.E., Shergunova N.A., Kurochkin V.L., Zverev A.V., Kurochkin Yu.V., Plyusnin V.F. Kharakteristiki energoinformatsionnoy modeli i metodov postroeniya telekommunikatsionnoy i kvantovo-kriptograficheskoy lazernoy sistemy sputnikovoy svyazi // Problemy informatiki. 2013. N 1. P. 69–75.
53. Britvin A.V., Konyaev S.I., Nikitenko N.S., Povazhaev A.V., Poller B.V., Shchetinin Yu.I. Metody postroeniya i eksperimental'nye kharakteristiki ul'trafioletovykh atmosfernykh liniy svyazi // Uspekhi sovremennoy radioelektroniki. 2019. N 1. P. 25–28.