دانشگاه صنعتی مالک اشتر هیدروفیزیک 2476-7131 11 1 2025 08 23 Investigation of Atmospheric Conditions and Transmitter Power Budget Effects on Bit Error Rate, Data Rate, and Signal-to-Noise Ratio in a Free-Space Optical Channel under Fog and SmokeInvestigation of Atmospheric Conditions and Transmitter Power Budget Effects on Bit Error Rate, Data Rate, and Signal-to-Noise Ratio in Free-Space Optical Channels under Fog and Smoke بررسی تاثیرات شرایط جوی و مقادیر مختلف بودجه‌ توان فرستنده بر نرخ خطای بیت، نرخ ارسال داده و سیگنال به نویز در یک کانال مخابرات نوری فضای آزاد با دود و مه 735160 FA مهدی اکبری دانشجوی دکتری، دانشکده مهندسی برق، دانشگاه تربیت دبیر شهید رجائی، تهران، ایران سعید علیائی آزمایشگاه تحقیقاتی نانوفوتونیک و اپتوالکترونیک، دانشکده مهندسی برق، دانشگاه شهید رجائی، تهران، ایران Journal Article 2026 01 04 <span class="msoIns">The performance of free-space optical (FSO) communication systems is strongly affected by environmental factors such as atmospheric conditions, humidity, and the presence of fog and smoke along the propagation path. In this study, the performance of pulse position modulation (PPM), non‑return‑to‑zero (NRZ), and return‑to‑zero (RZ) modulation formats is analyzed and compared in terms of signal‑to‑noise ratio (SNR), bit error rate (BER), and achievable data rate under different atmospheric conditions, including fog. The FSO link is simulated in MATLAB using a 1550 nm optical source and the Kim atmospheric attenuation model with various visibility ranges, together with standard analytical relations for free‑space optical transmission. The effects of low, moderate, and high atmospheric attenuation, as well as different transmitter power budgets, on BER, SNR, and data rate are evaluated for all three modulation schemes. The results show that PPM is the most effective modulation format, providing lower BER and higher SNR than NRZ and RZ under all attenuation scenarios and for transmitter powers of 1 mW and 5 mW. In particular, PPM maintains better performance in the presence of dense fog and smoke, indicating its robustness for FSO links in harsh atmospheric conditions. The main contribution of this work is the introduction of a real‑time power allocation scheme with low latency and accuracy close to analytical solutions, which enhances the received data rate and improves overall system performance under varying attenuation levels.</span> عملکرد یک سامانه مخابرات نوری فضای آزاد، به شدت توسط اثرات محیطی ازجمله شرایط جوی و وجود رطوبت و مه آلود بودن کانال، تحت تأثیر قرار می گیرد. در این مقاله، عملکرد مدولاسیون های محل پالس (PPM)، مدولاسیون غیر بازگشت به صفر (NRZ) و مدولاسیون بازگشت به صفر (RZ) در نرخ سیگنال به نویز و نرخ خطای بیت و در شرایط مختلف جوی ازجمله با حضور مه، مقایسه می شود. این سامانه با استفاده از یک منبع نور به طول‌موج 1550 نانومتر، در نرم افزار MATLAB و با انتخاب مدل خط انتقال اطلاعات کیم با قابلیت های رؤیت مختلف و با استفاده از روابط تحلیلی مخابرات نوری فضای آزاد، شبیه سازی شده است. اثرات تضعیف کم، متوسط و زیاد محیطی و توان های مختلف فرستنده بر نرخ خطای بیت و نرخ سیگنال به نویز برای هر سه مدولاسیون بررسی شده است. نتایج نشان می‌دهد که مدولاسیون PPM، مؤثرترین مدولاسیون در مقایسه با دیگر مدولاسیون ها بوده و عملکرد بهتری در شرایط مختلف تضعیف جوی از خود در مقادیر نرخ خطای بیت و سیگنال به نویز، در سه حالت تضعیف محیطی کم، متوسط و زیاد و در توان فرستنده 1 و 5 میلی وات نشان می دهد. نوآوری این پژوهش ارائه یک سامانه تخصیص توان بلادرنگ با تأخیر کم و دقت نزدیک به روش تحلیلی است که به افزایش نرخ داده دریافتی و بهبود عملکرد سیستم در شرایط تضعیف مختلف کمک می‌کند.