هیدروفیزیک

هیدروفیزیک

بررسی تاثیرات شرایط جوی و مقادیر مختلف بودجه‌ی توان فرستنده بر نرخ خطای بیت، نرخ ارسال داده و سیگنال به نویز در یک کانال مخابرات نوری فضای آزاد با دود و مه

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشجوی دکتری، دانشکده مهندسی برق، دانشگاه تربیت دبیر شهید رجائی، تهران، ایران
2 آزمایشگاه تحقیقاتی نانوفوتونیک و اپتوالکترونیک، دانشکده مهندسی برق، دانشگاه شهید رجائی، تهران، ایران
چکیده
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 ی 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.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Investigation 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

نویسندگان English

Mahdi Akbari 1
Saeed Olyaee 2
1 Faculty of Electrical Engineering, Shahid Rajaee Teacher Training University, Tehran, Iran.
2 Faculty of Electrical Engineering, Shahid Rajaee Teacher Training University, Tehran, Iran.
چکیده English

The performance of free-space optical (FSO) communication systems can be significantly degraded by environmental effects such as atmospheric conditions, humidity, and fog. In this paper, the performance of pulse position modulation (PPM), non-return-to-zero (NRZ), and return-to-zero (RZ) modulation schemes is evaluated and compared in terms of signal-to-noise ratio (SNR) and bit error rate (BER) under various atmospheric conditions, including fog. The FSO system is simulated in MATLAB using a 1550 nm optical source and the Kim atmospheric attenuation model with different visibility ranges, along with analytical formulations of FSO channel propagation. The impact of low, moderate, and high atmospheric attenuation, as well as different transmitter power levels, on the BER and SNR performance of the three modulation schemes is investigated. The results demonstrate that PPM outperforms NRZ and RZ modulation schemes by achieving lower BER and higher SNR under all atmospheric attenuation conditions. In particular, PPM shows superior performance under low, moderate, and severe attenuation scenarios at transmitter powers of 1 mW and 5 mW, indicating its robustness for FSO communication links in adverse atmospheric environments. The novelty of this research is the presentation of a real-time power allocation scheme with low latency and near-analytical accuracy, which helps increase the received data rate and improve system performance under various attenuation conditions.

کلیدواژه‌ها English

Free-space optical communication
atmospheric attenuation
modulation schemes
bit error rate
signal-to-noise ratio

  • تاریخ دریافت 14 دی 1404
  • تاریخ بازنگری 03 اسفند 1404
  • تاریخ پذیرش 16 فروردین 1405