طراحي يك سامانه مخابرات نوري فضاي آزاد و ارزيابي عملكرد آن در مواجه با پديدههاي جوي

Designing of a Free Space Optical Communication System and Evaluation of its Performance in the Face of Climatic Change Phenomena

سامانه‌هاي مخابرات نوري فضاي آزاد(FSO) ، به دليل امكان ارسال پهناي باند زياد و امنيت بالا مي‌توانند جايگزين مناسبي براي سامانه‌هاي راديويي باشند. مشكل اصلي به‌كارگيري اين سامانه‌ها، وجود پديده‌هاي جوي محيط انتشار شامل جذب، پراكندگي و آشفتگي است. اين اثرات موجب مي‌شود كه نور منتشرشده در كانال انتقال علاوه بر تضعيف دچار پديده چندمسيرگي گردد و رفتاري مشابه با پديده محوشدگي در كانال مخابراتي داشته باشد. در اين مقاله مدلي براي بررسي هم‌زمان تضعيف‌هاي محيط انتشار FSO و آشفتگي ارايه‌ شده است. طراحي يك سامانه FSO با استفاده از تركيب روش‌هاي كاهش اثر آشفتگي نظير متوسط گيري از سطح دهانه گيرنده، روش چند فرستنده و يك گيرنده (MISO) و كد برخط 1B4B مورد بررسي قرار گرفته و رفتار آن با استفاده از نمودارهاي نرخ احتمال خطا(BER) و احتمال قطع (Outage) در شرايط مختلف آب و هوايي شبيه‌سازي ‌شده است. تحليل بودجه لينك نشان مي‌دهد كه يك سامانه FSO با 4 فرستنده با توان ارسالي 200 ميلي وات و يك گيرنده با قطر دهنه اپتيك cm25 مي تواند يك لينك مخابرات نوري با برد حداكثر 10 كيلومتر و نرخ خطاي بيت بهتر از 6-10 را در شرايط آشفتگي ضعيف برقرار نمايد.

Free-Space Optical (FSO) Communication has many advantages such as high bandwidth and high security and can also be a good alternative to radio communication systems. The main problem with the use of FSO is the presence of atmospheric phenomena such absorption, scattering and turbulence. This effect causes not only the weakening of the laser light transmission but also causes the multipath phenomena and behavior similar to the fading in the radio communication channels. In this paper, a model is presented to investigate the FSO attenuation and turbulence effect on its performance. Designing of an FSO system using a combination of methods such as Aperture averaging, Multiple Input Single Output (MISO) and Line code 1B4B to reduce the effects of turbulence has been examined and the behavior of system using error probability rate (BER) diagram and the probability of cutting (Outage) in different climatic conditions has also been simulated. Link budget analysis shows that an FSO system with 4 transmitters each with 200mW of optical power and a receiver with at least 25cm optical aperture can communicate data, in the moderate turbulence condition, with a maximum range of 10 km and a BER better than 10-6.