چکیده:
عملکرد سامانههای نوری فضای آزاد تحت تأثیر عوامل مختلفی از قبیل ناهمراستایی، پراکندگی، جذب و نوسانات ناشی از تلاطم جوی قرار دارد. در این میان، نوسانات ناشی از تلاطم اتمسفری حتی در شرایط جوّ پایدار نیز وجود دارد. کانالهای متلاطم جوی در سامانههای مخابرات نوری فضای آزاد یک کانال شبه ایستا هستند بهطوریکه شرایط کانال برای میلیونها بیت متوالی ثابت است. بنابراین، با دانستن اطلاعات حالت کانال، میتوان پارامترهای انتقالی فرستنده مانند توان و مرتبه مدولاسیون را طوری تنظیم نمود که تأثیر تلاطمات اتمسفری برای داشتن انتقالی کارآمد از لحاظ مصرف انرژی و نرخ انتقال اطلاعات تا حد ممکن کاهش یابد. در این مقاله، روشهای تطبیق توان و مدولاسیون در یک سامانه مخابرات نوری فضای آزاد مبتنی بر مدولاسیونهای PAM و PSK در معرض تلاطمات اتمسفری بررسی میشوند. بدین منظور، سه راهکار تطبیق توان، تطبیق مدولاسیون و تطبیق همزمان توان و مدولاسیون مورد بررسی قرار میگیرند. راهکار تطبیق توان و/یا مرتبه مدولاسیون پیشنهادی در این مقاله منجر به مسائل بهینهسازی غیرمحدب شده که جواب بهینه آن به کمک روش ضرایب لاگرانژ بهدست میآید. در نهایت، عملکرد روشهای ارائه شده از لحاظ بهرهوری طیفی و احتمال قطع توسط شبیهسازی عددی مورد ارزیابی و تحلیل قرار خواهد گرفت.
Threat assessment is one of the most important pillars of data fusion systems. In this paper, we use two Free space optical (FSO) links are affected by various factors such as misalignment, dispersion, absorption and fluctuations caused by atmospheric turbulences. Meanwhile, fluctuations caused by atmospheric turbulences occur even in a stable atmosphere. The atmospheric channels in FSO communications systems are quasi-static channels, in which the channel state information (CSI) remains constant for a long sequence of bits. Therefore, knowing the CSI at the transmitter, transmission parameters such as power and modulation order can be adapted to reduce the effects of atmospheric turbulences. In this paper, power and modulation order adaptation is investigated in FSO communication systems using PAM and PSK modulations under atmospheric turbulence. To this end, three adaptive schemes referred to as adaptive power (AP), adaptive modulation (AM), and simultaneous adaptive power and modulation (APM) are investigated. The proposed adaptive power and/or modulation schemes lead to non-convex problems in which the optimal solution is obtained by using the Lagrangian multipliers method. Finally, the performance of the proposed schemes is evaluated and analyzed in terms of spectral efficiency and outage probability through different numerical simulations.
خلاصه ماشینی:
بدین منظور، سه طرح انتقال وفقی تطبیق توان (AP)، تطبیق مرتبه مدولاسیون (AM)، و تطبیق همـزمـان تـوان و مرتبه مدولاسیون (APM) برای دو نوع مدولاسیون M-PAM و S-PSK در نظر گرفته شده و عملکرد آنها از لحاظ بهرهوری طیفی و احتمال قطع، تحت دو مدل مختلف برای کانال FSO مورد بررسی و تجزیه و تحلیل قرار میگیرد.
پس از حذف بایاس DC در گیرنده، سیگنال دریافتی بهصورت زیر نوشته میشود [20]: (رجوع شود به تصوير صفحه)برای مدولاسیون S-PSK، با فرض اینکه انرژی شکلدهنده پالس برابر واحد است ( =1)، رابطه احتمال خطا برحسب مرتبه مدولاسیون در باند میانی بهصورت زیر بهدست میآید [24]: (رجوع شود به تصوير صفحه)که در آن، انحراف استاندارد نویز سفید و 2− نرخ خطای بیت PSK باینری است.
بهراحتی میتوان نشان داد که −1 نسبت به افزایشی است، بنابراین، بزرگترین مقدار که آن را با نشان میدهیم باید طوری تعیین شود که رابطه زیر برقرار باشد: (رجوع شود به تصوير صفحه)با انتخاب این تضمین حاصل میشود که بهازای ≤ قید محدودیت بیشینه توان (15) برقرار است.
بنابراین، مسئله تطبیق توان بهصورت زیر نوشته میشود: مسئله 1: (رجوع شود به تصوير صفحه) با توجه به رابطه (25)، سامانه در ابتدا بزرگترین مقدار را از مجموعه انتخاب میکند و سپس قید توان متوسط (26) را بررسی میکند.
بنابراین، احتمال قطع در این روش بهصورت زیر محاسبه میشود: [%%ابتدای جدول%%(29); = 0 ℎ 1 ℎ ℎ %%انتهای جدول%%] در این صورت، مسئله تطبیق مدولاسیون بهصورت زیر نوشته میشود: مسئله 2: (رجوع شود به تصوير صفحه)که در روابط فوق، میانگین بهرهوری طیفی و میانگین توان انتقالی است.
Ghassemlooy, “BPSK Subcarrier Intensity Modulated Free-Space Optical Communications in Atmospheric Turbulence,” Journal of Lightwave Technology, vol.