DOI: 10.17586/1023-5086-2023-90-08-96-110

Анализ ослабления сигнала в радиосистемах на основе беспроводной оптической связи в дождевых условиях с учётом климатических особенностей региона

Полный текст на elibrary.ru

Публикация в Journal of Optical Technology

Ссылка для цитирования:

Sanmukh Kaur, Jasleen Kaur. Rain attenuation analysis of radio over free space optics system considering diverse regions (Анализ ослабления сигнала в радиосистемах на основе беспроводной оптической связи в дождевых условиях с учётом климатических особенностей региона [на англ. языке] // Оптический журнал. 2023. Т. 90. № 8. С. 96–110. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2023-90-08-96-110

Sanmukh Kaur, Jasleen Kaur. Rain attenuation analysis of radio over free space optics system considering diverse regions [in English] // Opticheskii Zhurnal. 2023. V. 90. № 8. P. 96–110. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2023-90-08-96-110

Ссылка на англоязычную версию:

Sanmukh Kaur and Jasleen Kaur, "Rain attenuation analysis of a radio over free space optics system considering diverse regions," Journal of Optical Technology. 90(8), 476-485 (2023). https://doi.org/10.1364/JOT.90.000476

Аннотация:

Предмет исследования. Пути совершенствования технологии передачи радио-приложений через системы беспроводной оптической связи как перспективного элемента 5G систем. Цель работы. Повышение производительности радиосистем на основе беспроводной оптической связи в дождевых условиях. Метод. Анализ ослабления оптического излучения в дождевых условиях для различных районов Индии в течение муссонных месяцев с использованием модели Маршалла–Пальмера. Основные результаты. Установлено, что эффективная дальность связи до 4 км с частотой ошибок по битам не более 10^–9 обеспечивается для прибрежного региона с обильными муссонными осадками при отношении сигнал шум не менее 20 дБ. Практическая значимость. Предлагаемая модель, использующая схемы квадратурной амплитудной модуляции QAM-64 и фазовой двоичной манипуляция PSK-16 на основе ортогонального мультиплексирования с частотным разделением при скорости передачи данных 20 Гбит/с, способна значительно уменьшить ослабление сигнала в системах беспроводной оптической связи вследствие негативного влияния дождевых условий.

Ключевые слова:

радиосистемы на основе беспроводной оптической связи, отношение сигнал/шум, частота ошибок по битам, ослабление излучения в дождевых условиях

Коды OCIS: 060.2605, 060.4510, 140.0140, 010.1300.

Список источников:

1. Amphawan A., Chaudhary S., Neo T.K., Kakavand M., Dabbagh M. Radio-over-free space optical space division multiplexing system using 3-core photonic crystal fiber mode group multiplexers // Wireless Networks. 2021. V. 27. № 1. P. 211–225.https://doi.org/10.1007/s11276-020-02447-4

2. Zhang Z., Xiao Y., Ma Z. 6G wireless networks vision, requirements, architecture, and key technologies // IEEE Vehicular Technology Magazine.2019. V. 14. № 3. P. 28–41. http://doi: 10.1109/MVT.2019.2921208

3. Esmail M.A., Fathallah H., Alouini M.-S. Outdoor FSO communications under fog: Attenuation modeling and performance evaluation // IEEE Photonics Journal. 2016. V. 18. №8(4). P. 1–22.http://doi:10.1109/JPHOT.2016.2592705.

4. Ullah H., Nair N.G., Moore A., Nugent C. et al. 5G communication: An overview of vehicle-to-everything, drones, and healthcare use-cases // IEEE Access. 2019. P. 1-1. https://doi.org/ 10.1109/ACCESS.2019.2905347

5. Hamza A.S., Deogun J.S., Alexander D.R. Classification framework for free space optical communication links and systems // IEEE Communications Surveys & Tutorials.2019. V. 21. № 2. P. 1346–1382. https://doi.org/ 10.1109/COMST.2018.2876805

6. Singh H., Mittal N., Miglani R., Singh H., Gaba G.S., Hedabou M. Design and analysis of high-speed free space optical (FSO) communication system for supporting Fifth Generation (5G) data services in diverse geographical locations of India // IEEE Photonics Journal.2021. V. 13. № 5. P. 1–12. Oct. Art no. 7300312. https://doi.org/ 10.1109/JPHOT.2021.311365

7. Kumar A., Krishnan P. RoFSO system based on BCH and RS coded BPSK OFDM for 5G applications in smart cities // Optical and Quantum Electronics. 2022.V. 54(1). P. 1–6. https://doi.org/10.1007/s11082-021-03392-y

8. Sabu S., Renimol S., Abhiram D., Premlet B. Effect of rainfall on cellular signal strength: A study on the variation of RSSI at user end of smartphone during rainfall // 2017 IEEE Region 10 Symposium. 2017. P. 1–4. https://doi.org/ 10.1109/TENCONSpring.2017.8070024

9. Alheadary W.G., Park K.H., Alfaraj N., Guo Y. Free-space optical channel characterization and experimental validation in a coastal environment // Optics Express. 2018. V. 26(6). Mar 19. P. 6614–28.https://doi.org/10.1364/OE.26.006614

10. Alnajjar S.H., Jasim Hadi M. The effect of atmospheric turbulence on the performance of end-users antenna based on WDM and hybrid amplifier // 2021 3rd International Conference on Electronics Representation and Algorithm (ICERA). 2021. P. 23–28.https://doi.org/10.1109/ICERA53111.2021.9538655

11. Grover A., Sheetal A. A cost-effective high-capacity OFDM based RoFSO transmission link incorporating hybrid SS-WDM-MDM of Hermite Gaussian modes // Optoelectronics and Advanced Materials Rapid Communications. 2020. Apr 9. 14. March–April. P. 136–45. https://oam-rc.inoe.ro/articles/a-cost-effective-high-capacity-ofdm-based-rofso-transmission-link-incorporating-hybrid-ss-wdm-mdm-of-hermite-gaussian-modes/fulltext

12. Kolev D.R., Wakamori K. Transmission analysis of OFDM-Based services over line-of-sight indoor infrared laser wireless links // J. Lightwave Technol. 2021. V. 30.P. 3727–3735. https://doi: 10.1109/JLT.2012.2227456

13. Singh M., Malhotra J. Performance comparison of M-QAM and DQPSK modulation schemes in a 2ґ20 Gbit/s–40 GHz hybrid MDM–OFDM-based radio over FSO transmission system // Photonic Network Communications. 2019. V. 38(3). Dec. P. 378–89.https://doi.org/10.1007/s11107-019-00861-z

14. Prabu K., Utsav J., Balaji Ka. Asymptotic BER analysis of QAM and PSK with OFDM RoFSO over M —turbulence in the presence of pointing errors // IET Communications. 2018. V. 12. P. 2046–2051. https://doi.org/10.1049/iet-com.2017.0560

15. Siegel T., Chen S.P. Investigations of free space optical communications under real-world atmospheric conditions // Wireless Personal Communications. 2021. V. 116(1). P. 475–90. https://doi.org/10.1007/s11277-020-07724-1

16. Gadze J.D., Akwafo R., Affum E.A. Analysis of 75 GHz millimeter wave radio over fiber-based fronthaul system for future networks // International Journal of Advanced Research in Computer and Communication Engineering. 2020. V. 9(4). P. 79–95. https://doi.org/10.17148/IJARCCE.2020.9415

17. Ninos M.P., Nistazakis H.E., Leitgeb E., Tombras G.S. Spatial diversity for QAM OFDM RoFSO links with nonzero boresight pointing errors over atmospheric turbulence channels // Journal of Modern Optics. 2018. V. 66(3). P. 241–251 https//doi.org/: 10.1080/09500340.2018.1516828

18. Kaur S., Tabassum N. // IETE Journal of Research. 2021. V. 69(4). P. 1934–1944. https://doi.org/ 10.1080/03772063.2021.1878067

19. Sharma A., Kaur S. Performance evaluation and fog attenuation modelling of FSO link for hilly regions of India // Opt. Quant. Electron.2021. V. 53. P. 697. https://doi.org/10.1007/s11082-021-03348-2

20. Sharma A., Kaur S. Performance analysis of 1280 Gbps DWDM – FSO system employing advanced modulation schemes // Optik. 2021. V. 248. P. 168135. https://doi.org/10.1016/j.ijleo.2021.168135

21. Sharma A., Kaur S., Chaudhary S., Sushank. Performance analysis of 320 Gbps DWDM—FSO System under the effect of different atmospheric conditions // Optical and Quantum Electronics. 2021. V. 53. P. 239. https://doi.org/10.1007/s11082-021-02904-0

22. Ali A. Mazin. Analysis study of rain attenuation on optical communications link // International Journal of Engineering. Business and Enterprise Applications (IJEBEA). 2013. № 6. P. 18–24.

23. Rahman A.K., Julai N. Impact of rain weather over free space optic communication transmission// Indonesian Journal of Electrical Engineering and Computer Science. 2019. V. 14. P. 303–310. https://doi.org/10.11591/ijeecs.v14.i1.pp303-310

24. Adnan S.A., Ali M.A.A., Al-Saeedi S.A. Characteristics of RF signal in free space optics (RoFSO) considering rain effect // Journal of Engineering and Applied Sciences. 2018. V. 13(7). P. 1644-8. 10.39https://doi.org/23/jeasci.2018.1644.1648

25. Basahel A.A., Islam M.R., Zabidi S.A. Availability assessment of free-space-optics links with rain data from tropical climates // Journal of Lightwave Technology. 2017. Oct 1. V. 35(19). P. 4282-8. https://doi.org/ 10.1109/JLT.2017.2732459

26. Badar N., Jha R.K., Towfeeq I. Performance analysis of an 80 (8ґ10) Gbps RZ-DPSK based WDM-FSO system under combined effects of various weather conditions and atmospheric turbulence induced fading employing Gamma–Gamma fading model // Optical and Quantum Electronics. 2018. V. 50. № 1. P. 1–11. https://doi.org/ 10.1007/s11082-017-1306-y