Bachelor's Thesis

Optical Wireless Link for Atmospheric Transmittance Measurement

Final Thesis 4.86 MB Appendix 172.43 kB

Author of thesis: Bc. Lukáš Horák

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Peter Barcík, Ph.D.

Reviewer: doc. Ing. Lucie Hudcová, Ph.D.

Abstract:

The submitted bachelor thesis deals with the issues of optical wireless links (FSO) and
the influence of the atmosphere on their transmission properties. In the theoretical part, I
describe the principles of FSO and analyze models of atmospheric attenuation with a
focus on comparing different wavelengths. The key point of the practical part is the
complete design, calculation, and physical realization of a custom functional laboratory
prototype of a measuring chain. This includes the construction of a transmitter with a
laser diode operating at a wavelength of 830 nm and a highly sensitive receiver with
subsequent digital signal processing using an STM32 microcontroller. I verify the
functionality of the designed electronics through both computer simulations and real
laboratory measurements, testing the system stability and determining its detection
threshold using calibrated optical filters. Finally, based on a statistical analysis of
historical meteorological data from the Brno locality, I evaluate the theoretical
availability and reliability of the designed link in real operation.

Keywords:

Optical wireless link (FSO), atmospheric transmittance, atmospheric attenuation, optical
transmitter, optical receiver

Date of defence

16.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaDznamka

Grading

D

Process of defence

Student prezentuje postupy a závěry své bakalářské práce. Poté jsou přečteny posudky vedoucího a oponenta bakalářské práce, s nimiž student souhlasí bez námitek. Následně probíhá diskuze se členy komise. Student se vyjadřuje k oponentnímu posudku, uznává četné typografické a gramatické chyby v textu. 1) Student odopvídá na otázky oponenta, odpovědi jsou však diskutabilní. 2) prof. Prokeš: jaký je rozdíl mezi dB a dBm? -student nedokáže odpovědět 3) prof. Prokeš: jak jste stanovil citlivost PIN diody, když neznáte řadu parametrů? -student odpovídá, že to pouze odvodil na základě průměrování poznatků z jiných prací, což je nedostatečné řešení 4) Dr. Král: v zadání je, že máte vytvořit skripty v Matlabu či Pythonu, kde ty kódy jsou a proč nejsou přiložené? -kód není přiložen k práci, což je zásadní nedostatek 5) doc. Láčík: dostupnost spoje uvádíte 92 %, je to podle Vás dost? -student správně odpovídá, že komerční výrobky mají 99,999 % a tudíž dostupnost jeho návrhu je nedostatečná, dále odůvodňuje proč

Language of thesis

Czech

Faculty

Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií

Department

Department of Radio Electronics

Study programme

Electronics and Communication Technologies (BPC-ECT)

Composition of Committee

prof. Ing. Aleš Prokeš, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Jaroslav Láčík, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Peter Barcík, Ph.D. (člen)
Ing. Jan Král, Ph.D. (člen)
Ing. Ondřej Kaller, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Peter Barcík, Ph.D.

Bakalárska práca sa zaoberá návrhom optického bezdrôtového spoja pre meranie priepustnosti atmosféry. V prvá časť práce popisuje charakter prenosového kanálu a základné parametre optických bezdrôtových spojov. V druhej časti práce študent numericky navrhuje jednotlivé parametre optického bezdrôtového spoja. V ďalšej časti práce študent navrhuje schematické zapojenie vysielača a prijímača. Zapojenie študent overil pomocou simulácie v programe LTSpice a funkčnosť reálneho zariadenia overil pomocou merania v laboratóriu.  V poslednej časti študent prezentuje analýzu viditeľnosti z meteostanice na budove FEKT T12.  Jednotlivé časti zariadenia sú funkčné, avšak z časových dôvodov nedošlo na mechanické riešenie celého zariadenia, čo neumožnilo nasadenie v reálnych podmienkach. Z formálneho hľadiska je práca na priemernej úrovni. V práci sa objavujú gramatické chyby a na niektorých miestach chýbajú medzery medzi hodnotou a jednotkou. Prácu hodnotím počtom bodov 72/ C. Points proposed by supervisor: 72

Grade proposed by supervisor: C

Reviewer’s report
doc. Ing. Lucie Hudcová, Ph.D.

Bakalářská práce se zabývá problematikou optických bezkabelových spojů a vlivem atmosféry na přenosové vlastnosti těchto komunikačních systémů. V praktické části student realizoval vlastní laboratorní prototyp komunikačního řetězce, který zahrnuje vysílač s laserovou diodou (830 nm) a přijímač s digitálním zpracováním signálu pomocí mikrokontroléru STM32. Funkčnost systému byla následně experimentálně ověřena v laboratoři.
Některé z formulací v textu práce jsou technicky nepřesné nebo nejednoznačné, případně v textu chybí bližší specifikace parametrů systému, což snižuje kvalitu předloženého textu. Postupy při výpočtu parametrů optických komponentů by si zasloužily detailnější komentář. Některé z dílčích závěrů jsou díky zjednodušujícím vyjádřením rovněž diskutabilní.
Z formálního hlediska má práce řadu nedostatků, například proměnné nejsou kurzivou, práce obsahuje řadu gramatických chyb, překlepy a typografické chyby. Student také částečně upravil znění Prohlášení autora o původnosti díla, které je součástí šablony a nemělo by se měnit.
Student však splnil zadání práce, a tedy doporučuji předloženou bakalářskou práci k obhajobě. Topics for thesis defence:
  1. Uvádíte, že citlivost PIN diody je -35 dBm. Na čem všem závisí citlivost fotodetektoru?
  2. Na “obr. 31: Dynamická odezva přijímače na postupné zamlžení optické trasy” je v čase t = 0 s relativní úroveň signálu cca -2 dB a následně tato úroveň narůstá na 0 dB. Čím je způsoben tento nárůst?
  3. V práci uvádíte, že stopa dopadajícího svazku musí být menší než rovna poloměru aktivní oblasti detektoru. Zvažoval jste v tomto případě vliv sférické aberace příjímací čočky? Jak lze tuto aberaci kompenzovat?
Points proposed by reviewer: 67

Grade proposed by reviewer: D

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová