Bachelor's Thesis

Background noise in UWC

Final Thesis 6.38 MB Appendix 709.35 kB

Author of thesis: Sára Wozarová

Acad. year: 2025/2026

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

Reviewer: Ing. Peter Barcík, Ph.D.

Abstract:

This thesis investigates underwater optical wireless communication with the emphasis on background noise. A depth dependent simulation model is developed in MATLAB to analyze and visualize spectral light attenuation in underwater optical communication channels, integrating global satellite datasets from NASA Worldview. The core computation solves absorption and scattering, classification of water types by phytoplankton presence. Furthermore, the model incorporates a global solar tracking routine that evaluates the solar declination, solar local time, the Equation of Time, and hemispheric coordinates transformations to determine surface irradiance through the ASTM G-173 standard. Light propagation across the air and water interface is fully resolved using Snell’s law and Fresnel refraction angle. The results show that optical performance strongly depends on biological condition, with blue wavelengths favored in clear waters and green wavelengths becoming more suitable in turbid environments.

Keywords:

Underwater communication systems, spectral attenuation, absorption and scattering, chlorophyll concentration, depth dependent modeling, solar geometry, Snell’s law, MATLAB graphic user interface

Date of defence

16.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Studentka prezentuje postupy a závěry své bakalářské práce. Poté jsou přečteny posudky vedoucího a oponenta bakalářské práce, s nimiž studentka souhlasí bez námitek. Následně probíhá diskuze se členy komise. 1) Studentka odpovídá dostatečně na otázky oponenta. 2) Dr. Barcík: jaké délky takového spoje byste očekávala s ohledem na útlumu jednotlivých vlnových délek? -studentka vysvětluje 3) Dr. Král: otázka na vliv rušení Slunce -studentka odpovídá, uznává, že bezkabelové spoje pod vodou více využívají vyšších vlnových délek (kolem červené) pro omezení vlivu šumu způsobeného Sluncem 4) Dr. Kaller: jak se měří parametry koncentrace chlorofylu a ostatní parametry? -studentka odpovídá 5) prof. Prokeš: proč vadí chlorofyl? -studentka odpovídá

Language of thesis

English

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
doc. Ing. Lucie Hudcová, Ph.D.

Předložená bakalářská práce se věnuje problematice optických bezdrátových komunikačních systémů pracujících ve vodním prostředí (Underwater Optical Wireless Communications) se zaměřením na modelování a analýzu šumu pozadí a jeho spektrálního útlumu. V rámci práce studentka vytvořila komplexní simulační program v prostředí MATLAB vybavený grafickým uživatelským rozhraním, který integruje relevantní vstupní satelitní data NASA pro výpočet parametrů optického kanálu v závislosti na hloubce, koncentraci chlorofylu a poloze Slunce.
Studentka splnila zadání bakalářské práce v plném rozsahu.
Oceňuji, že je práce napsána v anglickém jazyce. Studentka musela při jejím zpracování prostudovat velké množství teoreticky náročné literatury. K řešení projektu přistupovala velmi zodpovědně. I když práce obsahuje několik málo drobných formálních nedostatků, na její vysokou úroveň to nemá vliv. Points proposed by supervisor: 98

Grade proposed by supervisor: A

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

Bakalárska práca sa zaoberá modelovaním prenosových vlastností vodného prostredia v optickej oblasti spektra. Práca je logicky rozdelená na časti, ktoré popisujú prenosové vlastnosti vody z ohľadom na teplotný profil a koncentráciu chlorofylu. Jadrom práce ja kapitola č. 5, ktorá pojednáva o architektúre simulačného programu a jeho praktickom testovaní. Výsledný simulačný nástroj má prehľadné grafické rozhranie a poskytuje zaujímavé možnosti nastavenia simulačného scenára. Uvítal by som program v spustiteľnom formáte aj bez nutnej inštalácie programu MATLAB. K rozsahu a formálnej stránke práce nemám výhrady a považujem ju za podarenú. Pozitívom je, že práca je písaná v angličtine. Prácu hodnotím počtom bodov 95/A. Topics for thesis defence:
  1. Prečo sú hranice spektra „solar irradiance“ v rozsahu 380 nm a 730 nm viz. Obr. 5.24?
  2. Aká vlnová dĺžka je optimálna pre použitie vo VLC? Bude táto vlnová dĺžka závislá na mieste použitia UWC spoja?
Points proposed by reviewer: 95

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová