طراحی یک سامانه مخابرات نوری فضای آزاد و ارزیابی عملکرد آن در مواجه با پدیده های جوی

نویسندگان

امام حسین (ع)

چکیده

سامانه‌های مخابرات نوری فضای آزاد(FSO) ، به دلیل امکان ارسال پهنای باند زیاد و امنیت بالا می‌توانند جایگزین مناسبی برای سامانه‌های رادیوئی باشند. مشکل اصلی به‌کارگیری این سامانه‌ها، وجود پدیده‌های جوی محیط انتشار شامل جذب، پراکندگی و آشفتگی است. این اثرات موجب می‌شود که نور منتشرشده در کانال انتقال علاوه بر تضعیف دچار پدیده چندمسیرگی گردد و رفتاری مشابه با پدیده محوشدگی در کانال مخابراتی داشته باشد. در این مقاله مدلی برای بررسی هم‌زمان تضعیف‌های محیط انتشار FSO و آشفتگی ارائه‌ شده است. طراحی یک سامانه FSO با استفاده از ترکیب روش‌های کاهش اثر آشفتگی نظیر متوسط‌گیری از سطح دهانه گیرنده، روش چند فرستنده و یک گیرنده (MISO) و کد برخط 1B4B مورد بررسی قرار گرفته و رفتار آن با استفاده از نمودارهای نرخ احتمال خطا(BER) و احتمال قطع (Outage) در شرایط مختلف آب و هوائی شبیه‌سازی ‌شده است. تحلیل بودجه لینک نشان می‌دهد که یک سامانه FSO با 4 فرستنده با توان ارسالی 200 میلی وات و یک گیرنده با قطر دهنه اپتیک cm25 می‌تواند یک لینک مخابرات نوری با برد حداکثر 10 کیلومتر و نرخ خطای بیت بهتر از 6-10 را در شرایط آشفتگی ضعیف برقرار نماید.

کلیدواژه‌ها


M. A. Khalighi and M. Uysal, “Survey on free space optical
communication: A communication theory perspective,”
Communications Surveys & Tutorials, IEEE, vol. 16, pp.
-2258, 2014.
A. Vats and H. Kaushal, “Analysis of free space optical link
in turbulent atmosphere,” Optik-International Journal for
Light and Electron Optics, vol. 125, pp. 2776-2779, 2014.
M. Ijaz, S. Wu, Z. Fan, W. Popoola, and Z. Ghassemlooy,
“Study of the Atmospheric Turbulence in Free Space
Optical Communications,” 2014.
E. Bayaki, R. Schober, and R. K. Mallik, “Performance
analysis of MIMO free-space optical systems in gammagamma
fading,” Communications, IEEE Transactions on,
vol. 57, pp. 3415-3424, 2009.
Z. Ghassemlooy, W. O. Popoola, V. Ahmadi, and E.
Leitgeb, “MIMO free-space optical communication
employing subcarrier intensity modulation in atmospheric
turbulence channels,” in Communications Infrastructure.
Systems and Applications in Europe, ed: Springer, 2009,
pp. 61-73.
H. R. Khodadadi , M. H. Ghezel Ayagh, K. B. Hossain, and
A. Chaman-Motlagh, “Mitigation of Atmospheric
Turbulence Impact on the Free Space Optical
Communication using Space-Time Coding Based on MISO,
” Passive Defence Sci. & Tech., vol. 3, pp. 231-237, 2013.
M. R. Bhatnagar, “A One Bit Feedback Based
Beamforming Scheme for FSO MISO System Over
Gamma-Gamma Fading,” Communications, IEEE
Transactions on, vol. 63, pp. 1306-1318, 2015.
R. Boluda-Ruiz, A. Garcia-Zambrana, B. Castillo-Vazquez,
and C. Castillo-Vazquez, “On the capacity of MISO FSO
systems over gamma-gamma and misalignment fading
channels,” Optics express, vol. 23, pp. 22371-22385, 2015.
M. R. Bhatnagar and S. Anees, “On the performance of
Alamouti scheme in Gamma-Gamma fading FSO links with
pointing errors,” Wireless Communications Letters, IEEE,
vol. 4, pp. 94-97, 2015.
C. Ben Naila, A. Bekkali, K. Kazaura, and M. Matsumoto,
“BPSK intensity modulated free-space optical
communications using aperture averaging,” In Photonics
(ICP), 2010 International Conference on, 2010, pp. 1-5.
M. Khalighi, N. Schwartz, N. Aitamer, and S. Bourennane,
“Fading reduction by aperture averaging and spatial
diversity in optical wireless systems,”Optical
Communications and Networking, IEEE/OSA Journal of,
vol. 1, pp. 580-593, 2009.
I. B. Djordjevic, J. A. Anguita, and B. Vasic, “Errorcorrection
coded orbital-angular-momentum modulation for
FSO channels affected by turbulence,” Lightwave
Technology, Journal of, vol. 30, pp. 2846-2852, 2012.
I. Djordjevic, W. E. Ryan, and B. Vasic, Coding for optical
channels: Springer, 2010.
F. Demers, H. Yanikomeroglu, and M. St-Hilaire, “A
survey of opportunities for free space optics in next
generation cellular networks,” In Communication Networks
and Services Research Conference (CNSR), 2011 Ninth
Annual, 2011, pp. 210-216.
M. Al-Habash, R. Phillips, and L. Andrews, “Mathematical
model for the irradiance probability density function of a
laser beam propagating through turbulent media,” Optical
Engineering, vol. 40, pp. 1554-1562, 2001.
M. Brahms and Z. Chahabadi, “Method for the transmission
of data between two stations by means of optical
waveguides,” ed: Google Patents, 1992.
Z. Song, H. Zhou, Z. Geng, and Y. Takasaki, “Dependence
of Jitter Accumulation on Line Codes for Clock Recovery
with Minimal Filtering,” in Telecommunications, 2008.
AICT'08. Fourth Advanced International Conference on,
, pp. 381-385.
A. Vavoulas, H. G. Sandalidis, and D. Varoutas, “Weather
effects on FSO network connectivity,” Optical
Communications and Networking, IEEE/OSA Journal of,
vol. 4, pp. 734-740, 2012.
F. Nadeem, V. Kvicera, M. S. Awan, E. Leitgeb, S.
Muhammad, and G. Kandus, “Weather effects on hybrid
FSO/RF communication link,” Selected Areas in
Communications, IEEE Journal on, vol. 27, pp. 1687-1697,
H. Li-Qiang and W. Zhibin, “A Closed-form Expression for
BER of FSO Links over Gamma-Gamma Atmospheric
Turbulence Channels with Pointing Errors,” 2013.
A. Chaman-Motlagh, V. Ahmadi, and Z. Ghassemlooy, “A
modified model of the atmospheric effects on the
performance of FSO links employing single and multiple
receivers,” Journal of Modern Optics, vol. 57, pp. 37-42,
T. Tsiftsis, H. G. Sandalidis, G. K. Karagiannidis, and M.
Uysal, “FSO links with spatial diversity over strong
atmospheric turbulence channels,” In Communications,
ICC'08. IEEE International Conference on, 2008, pp.
-5384.
H. Yuksel and C. C. Davis, “Aperture averaging analysis
and aperture shape invariance of received scintillation in
free-space optical communication links,” in