Int ern at i onal  Journ al of Ele ctrical  an d  Co mput er  En gin eeri ng   (IJ E C E)   Vo l.   8 , No .   6 ,  Decem ber   201 8 , p p.   52 0 3 ~ 5214   IS S N:  20 88 - 8708 ,  DOI: 10 .11 591/ ijece . v 8 i 6 . pp 52 0 3 - 52 14           5203       Journ al h om e page :  http: // ia es core .c om/ journa ls /i ndex. ph p/IJECE   Bidi rectional  Underwat er Vi sible  Light C ommun ication         Arsyad  Ram adha n  Da rl is ,  An dre  Widur a ,  Muha mad  Rif an   An dri an   Depa rtment  o f  E le c tri c al E ngin eering,   Inst it ut   T ek nologi   Nasion al   Bandung ,   Indon esia       Art ic le  In f o     ABSTR A CT    Art ic le  history:   Re cei ved   Feb   13 , 201 8   Re vised  Ju l   2 7 ,  201 8   Accepte d  Aug   1 5 , 201 8       In  thi s  pap er,  a  novel   bid irecti o nal   unde rwate r   visibl e  li ght   co m m unic at ion   (BiUVLC )  is  pr oposed.   Th e  VL C  tra nsm it te r   trans m it s  an  infor m at ion  signal  using  the   one  of  RGB  LE D  through  the   wat er  ta nk  th at   re pre sents  an   under wate r   environm ent   and  th e n  is  recei v ed  b y  VLC  recei v er  via   a   co lor   fil ter.  The   col or  LE Ds   and  co lor   fil t ers  are  utili z ed  in  bid irecti on al   s y s te m s.   The   single   l ink  i s  cre at ed  b y   a  L ED  on  the   tra nsm it te r  and  the   c olor  fil t er  on   the   re ceive r  wi t h  the   sam e  col o r  which  rep rese nts  a  singl e  wav el eng th.   The  per form anc e  of   the   proposed   BiUVLC  sy s te m   was  eva l uat ed  vi a  implementa t i ons.  Th e  expe rimen ta l   result  show s  that  th e  tra nsm it te d   signa l   under goes  attenu at ion  ove r  the   un der wate r  op ti c al   cha nne l  and  th e  pai r  of  th e   blue   wave l engt h   in  li nk  1  and  th e  gre en  wave le n gth  in  li nk  2  ha ve  the   best   per form anc e  th a n  the   othe r  wav el eng th  pa ir .   In  the   cro ss ta lk  m e asure m ent ,   the   r ed  wav elen gth  co lor  is   the  wors t  in  th e  und erwa te r   env iron m ent .   Ke yw or d:   Bi directi on al   Color fil te r   RGB LE Ds   Unde rw at er   Visible Li ght  Com m un ic at io n   Copyright   ©   201 8   Instit ut e  o f Ad vanc ed   Engi n ee r ing  and  S cienc e .    Al l   rights re serv ed .   Corres pond in g  Aut h or :   Ar sya d  Ra m adh an  D a rlis ,    Dep a rtm ent o f El ect rical  En gi neer i ng,   In sti tut Te knol og i  Nasi on al  B andu ng,   PKH. M us ta ph a Street   No.  24 Ban dung  4012 4,   West Ja va,  I ndonesi a.   Em a il : l sn tl @c cu. e du.tw       1.   INTROD U CTION     Re centl y,  there   are  m arine  dev ic es  an d  ve hi cl es  that  are  util iz ed  in  the  unde r water  en vi ronm ent  fo r  m any  ap plica tio ns,  s uc h  as   oc eanog raphic,   pip el ine   sur ve y  in  a n  offs hore  in dustry,   an d  m il i ta ry,  esp eci al ly  wireless  sens or  netw orks  in   an  underwat er  env i ro nm ent  [1 ] .  Ther e fore,  the  two  way  or   bi dire ct ion al   com m un ic at ion   syst e m   bet ween   dev ic es   and   ve hicle s   is  a  pr erequisi te .  To  addre ss  this  need ,  sever al   com m un ic at ion   te chnolo gie s  hav e  bee n  pr ese nted  usi ng   va rio us   transm issi on   m edium ,  i.e.  acoust ic   com m un ic at ion s,  unde rw at e r  ra dio   fr e qu ency  (RF )  c omm un ic at ion s,  an d  unde r water  visible   li gh t   com m un ic at ion s  (UVLC ).   A coust ic   com m un ic at ion s   are   widely   us ed   in   unde r water  c om m un ic at ion   be cause  it   has  relat ively   low  at te nu at i on  s o  the   lo ng  distance  c omm un ic at io n,  m axi m u m   up   t o  1  km ,  can  be  ac hi eved  [2] ,  [3 ] .  T he  di sadv a ntage  of   this  te ch no l ogy  is  the  high  f reque ncy  com m un ic at ion   cannot  be   do ne.   Wh il e   UV LC   offe rs  t he  highest data  rate, up  to 1  Gbp s ,  a nd  m od erate  co ver a ge  di sta nce  of u p  to 1 00  m ,  co ns ider i ng   RF  su pp or ti n g  a  distance  of   up  to  10  m   [2 ] ,  [4 ] .  Re centl y,  the  resear ch  in  VLC  has  bee n  addresse d  f or   m an y  app li cat io ns   [5] - [14].   Re search  on  c omm un ic at ion   te chnolo gy  in  the  unde rwat er  en vir on m ent  us i ng   visible  li gh t,  by   Do m inic  O' Bri en  [ 15]   from   t he  U niv e rsity   of   O xf ord  with   his  te am   in  2008,  sta te d  that  the  us e  of   w hite  LE D   li gh ts  has  an  a dv a ntage  in  te r m s   of   perform ance  i m pr ove m ent  as  well   t he  oppo rtu nity   to  pr ovid e  inf or m at ion   si m ultaneou sly .  Fo ll owed  by  Jia nyan g  Sh i  [ 3]  from   Fu dan  U ni ver sit y  with  his  te am   in  20 14,   perform ing   real - tim e  bid irect ion al   com m un ic at ion   us in g  whit e  LED  phosp hor  bases  with   sp ee ds   of  10 0  Mbps  an d  200  Mbps   us in g  RGB  L ED.   Be rn a ndo  Mi gu el   C.  S.  [ 16]   app li ed  visi ble  li gh t  com m un ic at ion   f or  un de rw at e r   com m un ic at ion .  In   t he  stu dy ,  he  us e d  a  very   b rig ht  blu e  LED,  cy an  a nd  gree n  on   t he   transm it te r  and   use   a  m od ifie d  blu e  or   gr ee n  ph otodio de  on  the  re cei ver .  T he  res ults  of   his  rese arch   ob ta in ed  1  Mb ps   at   a  distanc e   of   5  m et ers  wit h  delive ry  cap abili ti es  at   sea  and   i n  the  ri ve r.   A nothe r  rese arch   c onduc te d  by  Chao  Wa ng  [ 17 ]   of   the  Nati onal   Digital   Sw it chin g  Syst em   E ng i neer i ng   a nd  Technolo gical   Re search  Ce nt er,  Zhe ngzh ou   with   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  8 , N o.   6 ,  Dece m ber   201 8   :   5203   -   5214   5204   his  te am ,  they  app li e d  visi ble  li gh t  com m un ic at ion   t o  un derwate r  c omm un ic at ion .  By   nar r owin g  t he  ha lf - powe r  corne r  of   the  Lig ht  E m i t ti ng   Diode  (LE D)   ai m ed  at   increasing   t he  li gh t  intens it y  of   the  transm itter.   The  us e  of   Si ngle   Photo n  A va la nch e  Diode  (S P AD)  on   t he   receive r  im pr ov e s  the  detect ion   se ns it ivit y  in  this  stud y.  T her e fore,  to  our  kn owle dge,  the re  has  bee n  no  the  bid i recti onal   VLC  (BiVLC)  researc h  in  the   unde rw at er  envir on m ent.   In   t his  pa per,  a   novel  bid irect ion al   underwat er  visible  li ght   com m un ic at ion   (BiU VLC )  is   pro po se d.   The  syst em s  ar e  i m ple m ented  by  the  two  tra ns cei ve rs  in  a n  exp e rim ental   m et ho d.   A nd   t he  pro posed  sy ste m   ut il iz es  the  one  of   Re d  G ree n  Bl ue  (R GB)  LED  a nd   a  c olo r  filt er  that  re pr ese nts  a  wa ve le ng th  t o  buil d  the   bid irect io nal  s yst e m s.  The  bid irect io nal  co ndit ion   in  opti cal   com m un ic ation   occurs  w hi le   each  li nk   us ing   a  wav el e ng t h  w hich  is  represe nted  by  a  c olor  LE D  a nd   a   c olor  filt er.  The   pro po s ed  syst e m   util iz ed  the  water   ta nk   that  repre sents  the  unde rw at er  e nvir onm ent.  The  fi rs t  li nk ,  the  VL C  transm itter  with  the  si ng l e  colo r  LED  t ran sm it s   an  i nfor m at ion   si gn al   t hrough  the  water   ta nk  that  represe nts  a n  underw at er   en vir on m ent  a nd   then  is   recei ve d  by  VLC  r ece iver  via  a   col or  filt er.   T he  sa m e  conditi on  oc cur s   f or  the   s econd  li nk  w he re  the   inf or m at ion   sign al   is   tra ns m i tt ed  from   VLC   transm it te r  toward  VLC  rec ei ver   us in g  sa m e  or   dif fer e nt   colo r  LED.  T he  cr osst al k  m easur em ent  is  us e d.   Ther e f or e,   this   resea rch   is   pr os pe ct ive  to   gi ve  the   co ntri buti on  to   fin ding  the  bes t  of   the  col or   pa ir  for  the  bi directi on al   V LC  syst e m   in  un de rw at er  e nviro nm ent.  The  pro po s e d  syst e m s  can  s uppo rt  the  bi dir ect ion al   c ommun ic at io n  betw een  ve hic le s,  di ver s,   a nd  de vi ces  in  t he  unde rw at er   env i ronm ent.       2.   RESEA R CH MET HO D   In   t his  cha pter ,  we  will   discuss   a bout  the  ste ps   in  c ondu ct ing   the  resea rch   of   bid i recti on al   visi ble   li gh t com m un ic at ion  in  un derwate r  e nviro nm ent.     2.1. Sys tem  Desi gn   In   desig ning  t hi s  syst e m ,   the  t wo   tr anscei ver   are  us e d  wh ic h  com pr ise s  of  2   (tw o)   tra nsm itters  and  2  ( two )   recei vers .  T he  e qu i pm e nt  is  com bin ed   to  get  a  sin gle   li nk   tran scei ver .  The n  pu t  t he  LE D  li gh t  on   t he  transm itter and  pho t od i od e  on  the  receive r .   Figure  1  s how s  the   blo c k  diagr am   of   a   vi sible  li gh t  c om m un ic at ion   s yst e m ,  wh ic h  consi sts  of  a   transm it   and   r ecei vin g  syst em .  In   the  tra nsm it te r,   the  in pu t  s ect ion  is  giv e n  in f or m ation   i n  the   f orm   of   a n  analo g  sig nal  with  the  hum a n  fr e quency  li m it  wh ic h  is  400  -   4000  Hz,   gen e rated  by  the  au dio   ge ne r at or .  T he  sign al   process ed  on  t he  tra nsm itter  ci rcu it ;  then  t he  in f or m at ion   sig nal  is  transm itted  thr ough  the  li ght  us in g  the LE D.           Figure  1. Bl oc k  diag ram   syste m       The  sig nal  f rom   transm it te r  unde rgoes  a  proces s  of  al te ring   f r om   an  analo g  sig nal  into  the  li ght   thr ough  the  Ligh t  Em itti ng   Diode  (LE D).  The  li gh t  ge ne rated  by  the  L ED  co ntains  inf or m at ion   fro m   the   transm itter.  T o  procee d  t o  the   ne xt  sect io n,   t he  li ght  c on ta i ns   i nfor m at ion  m us t  be  captu r ed  us in g  c om po ne nts  that  can   c onve rt  li gh t  int o  el ect rici ty .  The  pa rt  that  can  t urn   li gh t  into   el ect rical   are  ph otose nsors ,  an d  t he   one   us e d  in  t his  de sign  is  a  phot od io de.  T he  c aptu red  li gh t  by   the  ph otodio de  c on ta in s  in form ation .  Sin ce  the   inf or m at ion   received  di rectl y  by  the  ph ot o diode  is  too   w eak,  the  am pli fier  is  us ed  as   a  bo os te r  fro m   the   photodio de  t o f orwarde d  to  th e receive r o utput .     2.2. VLC   Tr ansmi tt er   In   t he  tra ns m i tt er  sect ion ,  t he  pr ocess  of  inf or m at ion   sign al   c hange s  com ing   fro m   the  sign a l   gen e rato r  int o  the  f or m   of   li g ht,   w hich   wil l  be  tra ns m itte d  th rou gh  the  colo r  LE D.   At   the  ti m e  of   se nd i ng  inf or m at ion   in  the  form   of   vi sible  li gh t  wa ves,   th e  LE D  will   e m i t  visible  li gh t  accor di ng   to  t he  tra nsm it te r  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N:  20 88 - 8708       Bidirec ti onal  Underw a te r Vi sible Lig ht Co mmu nicatio n   ( Arsya d  R ama dhan  D ar li s )   5205   sign al .  The  col or   of  filt ers  is  t o  set   the  li nk s   to  av oid   wa vel eng t h  in te rf e re nce.  Fig ur e  2  i s  a  bl ock   dia gra m   of   the en ti re  tra nsm itter.   Figure  2  sho w s  the  connecti on  betwee n  co m po nen ts  in  th e  transm i tt er  s yst e m ,  input  from   the  aud io   gen e rato r  c onne ct ed  to   the   po wer  am plifie r  then   to   the  t ransform er  an d  to   the  LE D  t o  tra ns m i t  the  sign a l.  Th e   vo lt age   in pu t u sed  is 1 2  volt s,   the  cat ho de  on  the  LE D  is  c onnecte d  to   the seco nd a ry  tra nsfo rm er  winding,  f or   the  pr im ary  tra ns f or m er  wind ing   is  co nn ect ed  to  the  po we r  am plifie r.   The  connecti on  of  these  com ponen ts   can  be  see n  i n Fi gure  3  w hich  is p a rt of t he  tr ansm itter w it h t he  s pecifica ti on:   a.   Sour ce     : Po wer S uppl y (12  V)   b.   LED       : 5  m m  ( Ever li gh t  334 - 15 /T 1C 1 - 4WY A )   c.   Am plifie r     : Kit  Powe r A m pl ifie r    d.   Transf om at or   : C enter Ta p, S te p  D own , 0/C T 6 - 8 - 10 - 12  V           Figure  2. VLC   transm itter d ia gr a m  b loc k               (a)   (b)     Figure  3. Tra nsm itter ( a)  circ ui t (b )  LE Ds       2.3. Recei ver   VLC   In   t his  receive r,   the  visible  l igh t  that  ca ptured  by  the  photodio de  c onve rted  int o  an  i nfor m at ion  sign al .   T he  w ork flo w  of  this  r ecei ver   sect io n  can  see  in  Fig ur e  4,   the  in for m at ion   transm i tt ed  captur e d  by   the   photodio de  pro ceeds  to  a  ci r c uit  con ta i ning  so m e  resist or ,  capaci tors,  a nd  bc54 7  tra ns ist or s  c om po ne nt s,  the  com po ne nt  is  a  series  of  am pl ifie rs.   I n  the b l ock  d ia gram   the  captu red   li gh t  will   be  forw a rd e d  to  t he  am plifie r   ci rcu it   to  be  a m pl ifie d  to  a  c ertai n  le vel,   th en  the   rein f or c ed  value  will   be   disp la ye d  th r ough  the   os ci ll os c ope   thr ough the  out pu t  of the  am pl ifie r.  T he  ci rcui t of   receive rs has s pecifica ti on :   a.   Sour ce   : Po wer S uppl y (9 V )   b.   Photo diode    : 5  m m  ( SFH2 03)   c.   Transi stor   : B C547   d.   Re sist or     : 100  Ω , 1  kΩ, 1 MΩ,  470 kΩ , 56 kΩ ,  3,3  kΩ   e.   Ca pasitor   : 100 nF  2 pc s       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  8 , N o.   6 ,  Dece m ber   201 8   :   5203   -   5214   5206       Figure  4. VLC   receiver  d ia gr a m  b lock       Figure  5( a )  s hows   the  im plem entat ion   f or  r ecei ver   ci rc uit  wh e re  ou t pu t  of  the  ci rcu it   wi ll   be  sent  t o  the osci l losco pe   an d   f ig ur e  5( b)  is   ph otodio de  arr ay .                 (a)   (b)   Figure  5. Re cei ver im ple m entat ion   (a)  ci rcu i t (b)  photodio de  arr ay       This  c ha nn el  m od el   i m ple m ents  the   w orki ng s  o f   VLC   in u nde rw at er .  T he   aq uar i um   with d im ension s   190x40 x40  cm   coated  by  sco tl igh ts  on   the  inn e r  side  of  th e  aqu a rium ,  it  aim s  to  avo id  the  incom ing   ou te r   li gh t  f ro m   the  side  of   t he  ta nk,  t hen  co ve re d  with  black  c orrib oard  s o  t ha t  no  li gh t  e nt ers  at   the   to p.   Nex t   aqu a rium   fill ed  with  ta p  wat er  with  35  cm   high .  Fi gure  6  is  t he  c once pt  a nd  reali sat ion  of  c ha nnel   m od el  i m ple m entat io n.         (a)   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N:  20 88 - 8708       Bidirec ti onal  Underw a te r Vi sible Lig ht Co mmu nicatio n   ( Arsya d  R ama dhan  D ar li s )   5207       (b)     Figure  6. Proto ty pe  of c hanne l  m od el  ( a ) des ign   ( b)  im ple m entat ion       3.   RESU LT S   A ND D I SCUS S I ON   Af te r  t he  de sign   proces s,  th e  nex t  ste p  is   to  m easur em ents.  Me as ur e m ents  wer e  m ade  to  ob ta i n  syst e m   per for m ance  data,  th en  com par ed  t o  determ ine  the  per f orm ance  of   a  de vice  that  has  been   de sign e d.   The  m easur em ent r es ults ca n be  us e d  as a  r e fer e nce in t he   ov e rall  an al ysi s.     3.1.  Posi tion b as ed  Me as ure ment Sys tem     On   t he  m easur e m ent,  the  syst e m   is  te ste d  in  two  c onditi ons.  First  tra ns m i tt er  1  an d  tra nsm it te r  two  al so   recei ver   1  a nd   receive r   2  a re  on  t he  sam e  le vel  or   can  be  cal le d  cro ss ed .  T he  s econd  sit uati on,  t he   po sit io n  of  tran sm it te r  1  and   r ecei ver   1  a nd   t ran sm it te r  2  and   receive r  2  ar e  o n  the  sam e  l evel  or   ca n  be  cal le d  directi onal .  Th e  pu r pose  of  this  m easur e m ent  is  to  kn ow  th e  op ti m a l  po sit ion   in  transm itti ng   the  inf or m at ion  betwee n  li nks.   Figures  7  a nd  8  a re  diagr am m at ic  o f  both  previ ou sly  c ondi ti on s.   Figure  9   s ho w  grap h  of  m easur e d  va lues   fr om   the  two  previ ously   m entioned   c onditi ons  with   fr e qu e ncy is  400  -   40 00 H z  a nd 5 V p  -   p  si gnal  am plit ud e.        T r a ns m i tt e r   C i r c ui t L E D R e c e i v e r   C i r c ui t P h o to d i o d e Au d i o Ge n e r a t o r os c i l l o s c o pe P o we r   S u p p l y P o we r   S u p p l y V i s i b l e  L i g h t T r a ns m i tt e r   C i r c ui t L E D R e c e i v e r   C i r c ui t P h o to d i o d e Au d i o Ge n e r a t o r o s c i l l o s c o pe P o we r   S u p p l y P o we r   S u p p l y V i s i b l e  L i g h t L i n k   1 L i n k   2     Figure   7.   Bl oc k diag ram   s yste m  f ro m  d irect ion al   m easur e m ent     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  8 , N o.   6 ,  Dece m ber   201 8   :   5203   -   5214   5208   T r a ns m i tt e r   C i r c ui t L E D R e c e i v e r   C i r c ui t P h o to d i o d e Au d i o Ge n e r a t o r os c i l l o s c o pe P o we r   S u p p l y P o we r   S u p p l y V i s i b l e  L i g h t T r a ns m i tt e r   C i r c ui t L E D R e c e i v e r   C i r c ui t P h o to d i o d e Au d i o Ge n e r a t o r o s c i l l o s c o pe P o we r   S u p p l y P o we r   S u p p l y     Figure   8.   Bl oc k diag ram   s yste m   from   cro s s  m easur em ent               Figure  9. P os it ion ba sed  m eas ur em ent r es ult       Fr om   the  m easur em ents  on  t r ansm itter  1  an d  receive r  1  an d  transm it te r  2   and   receive r  two  posit io ns  in  the  sam e  area  disp la y  valu es  that  are  not  m uch   diff e re nt.  I n  tra ns m itter  co nd it io n  1  a nd  tran sm i tt er  2  a nd  receiver  1  a nd   receiver  t wo   a r e  in  the  sam e  a rea  or  can  be  c al le d  cro s sed  s how n  that  the  values  betwee n  li nk s   are m uch   diff e ren t.  I t ca n be  assum ed  that d irect ion al   posit ion  is  the  best  conditi on  on t hi s syst e m .     3.2.  Bi dire cti onal  Measurem ent  u sing  RG B L EDs    The  ne xt  m eas ur em ent  by  us ing   c olor  LED  on   the  tra ns m itter  side  to  com par e .  The  col or  LED  us ed   as  m any  as  thr ee  pieces  place d  on  the  tra nsm itter  side  a nd  the  recei ver  se t  a  colo r  LE D  si m il ar  to  the  c olor  on   the  tra ns m itter.  Fig ur e  10  is  a   blo c k  diag ram   in  m easur em e nt  us i ng  c olo r   LED.  Me asu re m ents  wer e   m a de  i n  water  with  a  water  de pth   of  35   cm   with  a   distance  betw een  the  li nk s  a s  far   as  50  cm .  Each  col or   is   te ste d   base d  on   a  fr e qu e ncy  range  of   40 0  –   4000  Hz  with  an  am plit ud e  of  5  V p - p.   Fig ure  11  sh ows  the  re s ults  of  m easur em ents u sin g  R GB LE Ds.       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N:  20 88 - 8708       Bidirec ti onal  Underw a te r Vi sible Lig ht Co mmu nicatio n   ( Arsya d  R ama dhan  D ar li s )   5209   L i n k   2 L i n k   1 A q u a r i u m T r a ns m i tt e r   C i r c ui t L E D R e c e i v e r   C i r c ui t P h o to d i o d e Au d i o Ge n e r a t o r o s c i l l o s c o pe P o we r   S u p p l y P o we r   S u p p l y V i s i b l e  L i g h t T r a ns m i tt e r   C i r c ui t L E D R e c e i v e r   C i r c ui t P h o to d i o d e Au d i o Ge n e r a t o r os c i l l o s c o pe P o wer   S u p p l y P o we r   S u p p l y V i s i b l e  L i g h t C ol or   F i l t e r C ol or   F i l t e r L i n k   2 L i n k   1     Figure  10. Dia gr am  b loc k of   b idirect io nal m easur em ent u si ng RGB  LED s       In  Fig ur e   11,  t hr ee   gra ph s   ar e  sho wing  the   respo ns e  of  ea ch  li nk.   T he  r e d  li ne   dis play s  the  re spo ns e  on  li nk  2  an d  f or   t he  blu e  li ne   represe nts  th e  res pons e  on  the  li nk  1.  T he   ex planati on  for  w riti ng  the  ti tl e  of  each  gra ph   " Re d  -   Re d"  t he  first  c olor  m entioned   is  a  li nk   one  w hi ch  co ntained  a  color   LED  on   t he   transm itter  and  color   filt ers  on  the  recei ver   i t  aim s  to  ob t ai n  one  wa vele ngth  in  one  li nk .   On   the  s eco nd   color  after  the  " - "  sign   is  a  li nk   2  c on ta ini ng   th e  colo r  LED  on   t he  transm it te r  and   the  c olor  f il te r  on   the  rec ei ver   it   aim s  to  obta in  on e   wa vele ng t h  in   on e   li nk.  I n  this   m easur e m ent,  the  us e   of  filt ers   an d  c o l or  LE Ds  on  li nk  tw o  are c hange d  int erch a ngeably . T able  1  s hows   the av e ra ge res ults o f  eac h  m easur e d  li nk.                 Figure  11. Mea su rem ent r es ult w her e  λ red  on lin k 1   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  8 , N o.   6 ,  Dece m ber   201 8   :   5203   -   5214   5210   Table  1  is  the   aver a ge  value   of  the  ou t pu t   volt age  on  t he   receive r  side   of  li nk   1  a nd   li nk   2,   t o  determ ine  wh e ther  a  s olid  col or   c om bin at ion  is  seen  from   a   la rg e  num ber   of   values  betw een  li nks.  I n  T able  4  the "Red   -   Bl ue " color c om bin at ion ha s the   highest  ou t pu t  vo lt age  v al ue o f 8. 50 volt s.       Table  1 .  A ver a ge of  Mea sure m ent V al ue w he re  λ Re d o n  L ink   1   λ  o n  link  2   Red  ( v o lt)   Gree n  ( v o lt)   Blu e ( v o lt)   Link  1   4 .32   4 .45   4 .49   Link  2   3 .74   3 .79   4 .01   Total   8 .06   8 .24   8 .50       In  Fig ur e   12,  t hr ee   gra ph s   ar e  sho wing  the   respo ns e  of  ea ch  li nk.   T he  r e d  li ne   dis play s  the  re spo ns e  on  li nk  2  an d  f or   t he  blu e  li ne   represe nts  th e  res pons e  on  the  li nk  1.  T he   ex planati on  for  w riti n g  the  ti tl e  of  each  gr a ph  "B lue - Bl ue"  on   th e  first  color   m entione d  is  a  lin k  on e  that  co ntains  colo r  L EDs  on  the  transm itter  and   c olor  filt er s  on  the  rec ei ve r  it   aim s  to  get  on e   wav el e ng t h  in  on e  li nk.  In   t he  seco nd  col or   a fter  t he  " - "  sign   is  a   li nk   2  co ntainin g  c olo r  LED s  on  t he   transm it te r  a nd  col or   filt ers  on  the  receive r  it   aim s  to  get   one   wav el e ng t h  i n on e  li nk.   Table  2  repres ents  the   ave ra ge   valu e  of   t he  ou t pu t  volt age  on  the   receive r   side  of  li nk  1  and  li nk  2,  to d et erm ine  w hethe r  a   so li d  c olor  c om bin at ion  is  see n  fro m   a  la rg e  num ber  of v al ue s bet wee n  li nk s . In  Ta ble  5  the  "B lue - Green"  colo r  com bin at io n  has  th e  hig he st  ou t put  vo lt ag e  valu e  of   8.9 0  volt s.   Figu r e  12  a dd resses   the r es ults  of   m easur em ents u sin g  c olor LE Ds.       Table  2 .  A ver a ge of  Mea sure m ent V al ue w he re λ  Bl ue on  Link 1   λ  o n  link  2   Blu e ( v o lt)   Red  ( v o lt)   Gree n  ( v o lt)   Link  1   4 .44   3 .73   4 .05   Link  2   3 .80   4 .47   4 .85   Total   8 .24   8 .20   8 .90                 Figure  12. Mea su rem ent r es ult w her e  λ blue  on li nk 1   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N:  20 88 - 8708       Bidirec ti onal  Underw a te r Vi sible Lig ht Co mmu nicatio n   ( Arsya d  R ama dhan  D ar li s )   5211   In   Fig ur e  13,  three  gr a phs  a re  sho wing  th e  respo ns e  of  each  li nk.  T he  re d  li ne  re pr ese nts  th e   respo ns e  on  li nk  2  a nd   f or   the   blu e  li ne  re pre sents  the  re spo ns e  on  the  li nk   1.   T he  ex plan at ion   f or   wr it in g  the   ti tl e  of   each   " Gr ee n  -   Gr ee n"   grap h  on  the   first  c olo r   m entioned  is  a  li nk  one  t hat  co nta ins  c olo r   LE Ds   on  th e  transm itter an d color  f il te rs  on the r ecei ve r  it  ai m s to  get o ne  wa velen gth   in o ne  li nk. In  the second  col or  after   the " - " sign  is a li nk  2  co nta i ning co lo r  LE Ds  on the tran s m itter an d  colo r  filt ers  on  the  receiver , it aims  to g et   on e  w a velen gt h  in  one lin k.   Table  3  is  the   aver a ge  value   of  the  ou t pu t   volt age  on  t he   receive r  side   of  li nk   1  a nd   li nk   2,   t o  determ ine  wh e ther  a  s olid  col or   c om bin at ion  i s  seen  from   a   la rg e  num ber   of   values  betw een  li nks.  I n  T able  6  the  "G ree n  -   Bl ue"  col or   com bin at io n  has  t he   highest  ou t put  volt age  valu e  of  8.7 8  volt s.  Ba sed   on  t he   nin e   pairs  of  te ste d  colo rs  a nd  f r om   the  data  obt ai ned ,   prov i ng  that  a  good  c ol or  pai r  is  u se d  as  li nk1  a nd  li nk  tw o   on  bi directi ona l  com m un ic at i on  is  a  "B lue - Gr ee n"  c olor  LED  pair  with   a  val ue  of  8.9 0  vo lt s.  This  r esult  is   ob ta ine d  from   a  sig nificant  a m ou nt  of  ou t put  volt age  at   t he   receive r,   a nd   this  c on cl us io n  ca n  be  c orroborate d  by  the  li te ra tur e  that  sta te s  th e  best  wav el e ngth  in  the  un de rw at er  e nv i ronm ent  is  the  blu e - gr ee n  wa ve le ng th   of   40 0  -   50 0  nm   [2] .  Ba sed  on  the  com par ison   in  the  us e  of   filt ers  an d  LEDs  f ound  th at   the  color   pa ir  that  pro du ces  a  good  respo ns e is  on the  co l or f il te r  wit h  a c om bin at ion o f blue   and re d wit h  a   value o f 10 v ol t.        Table  3 .  A ver a ge of  Mea sure m ent  Value  w he re λ G reen o n Li nk  1   λ  o n  link  2   Gree n  ( v o lt)   Red  ( v o lt)   Blu e ( v o lt)   Link  1   4 .42   3 .88   4 .05   Link  2   3 .94   4 .50   4 .73   Total   8 .36   8 .38   8 .78                       Figure  13. Mea su rem ent r es ult w her e  λ gree n o n  li nk         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  8 , N o.   6 ,  Dece m ber   201 8   :   5203   -   5214   5212   3.3.  Cr os st alk  Measurem en t   To kno w  the  va lue of inter fere nce  betwee n  the li nks,  t hen  t he  m easur em e nt of crosstal k by invol vi ng   two  li nks   sim ultaneo us ly   but  in  the   sta te   of  one  of  the   li nk s   are   not   giv e n  sig nal  inf or m at ion .  I n  th e   m easur em ent  process ,  the   in form ation   se nt   from   li nk   1  ha s  a  d ist ance  of  50  cm ,  and   t he  value  of  cr os sta lk   ob ta ine d  f ro m   the  ou t pu t  li nk  tw o  c onnecte d  t o  the   os ci ll os c op e .  Fi gure   14   is   a  blo c k  diag ram   of   c rossta lk   m easur em ent.       L i n k   2 L i n k   1 A q u a r i u m T r a ns m i tt e r   C i r c ui t L E D R e c e i v e r   C i r c ui t P h o to d i o d e Au d i o Ge n e r a t o r o s c i l l o s c o pe P o we r   S u p p l y P o we r   S u p p l y V i s i b l e  L i g h t T r a ns m i tt e r   C i r c ui t L E D R e c e i v e r   C i r c ui t P h o to d i o d e os c i l l o s c o pe P o wer   S u p p l y P o we r   S u p p l y V i s i b l e  L i g h t C ol or   F i l t e r C ol or   F i l t e r L i n k   2 L i n k   1 C r o s s t a l k   Figure  14. C rossta lk m easur em ent d ia gram   blo c k usin g  R GB  LE Ds       Figure  14  is  diagr am   blo ck  of  the  pr e viousl y  m entioned   conditi ons,  subs equ e ntly   fo r  da ta   retrieval,  the  transm it te d  fr e qu e ncy  val ue  of  1  Hz  with  the  5  V p - p  s ign al   am plit ud e  gen e rated  by   the  au dio   generato r   and   for  each  li nk   s pacin g  of   50   cm .  In   this   cro sstal k  m eas ur em ent,  the  colo r  us e d  is  sim il ar  to  the  previo us  te st,  red   (~  675  nm ),   blu e   (~4 70  nm ),   and   gr ee n  (~ 550  nm ).   Tab le   4  are  the  resu lt s  of  cr osst al k  m easur em ents.       Table  4.  C ro s sta lk Measu rem e nt U si ng RGB   LEDs   Link  1   Vo u t ( Vo lt)   Freq (H z)   Lin k  2   Vo u t ( Vo lt)   Freq (H z)   Red   4 .55   1029   Red   3 .68   1093   4 .88   1006   Blu e   Un m easu red   Un m easu red   4 .8   1009   Gree n   Un m easu red   Un m easu red   Blu e   4 .88   1065   Red   Un m easu red   Un m easu red   4 .96   1067   Blu e   Un m easu red   Un m easu red   4 .55   1007   Gree n   Un m easu red   Un m easu red   Gree n   4 .48   1028   Red   Un m easu red   Un m easu red   4 .48   1046   Blu e   Un m easu red   Un m easu red   4 .71   1088   Gree n   Un m easu red   Un m easu red       Fr om   the  resu lt s  ob ta ine d  that  the  us e  of  col or  filt ers  is  per f ect   reg ar ding  s epar at io n  bet w een  li nk s ,  it   is  sh ow n  f ro m   the  disc ov e ry  of   i nfor m at ion   from   li nk   on e   on   li nk   2.   I n  the  m et ho d  of   colo r  LE Ds  preci sel y  on   t he  re d  on e  li nk   an d  re d  li nk   2,   the r e  is   cro sstal k  of   2.66   dB.  T hat  value  s ho ws  that  bi dire ct ion al  com m un ic at ion   with   a  sim i lar   col or   ca us es  le akag e  of  inf orm ation   on  li nk  tw o  that  will   cause  a  c olli sion   of   the r ecei ved in form ation  si gnal .   Fr om   al l  the  exp e rim ents  perform ed,   the  sy stem   can  w ork   bid irect i on al   usi ng   c olor  L E Ds  as  well   as  wav el e ng t h  separ at io n  that  does  w ork  well ,  becau se  the r e  is  no   interfe ren ce  bet wee n  li nk s  on   the  seco nd  wav el e ng t h  c onditi on  of  the  diff e re nt  li nk s .   Conve rsely ,  if   us in g  a   sim i lar   wa vele ng t h  on  eac h  li nk,  t he n  the   interfe ren ce  w i ll  o ccu r.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.