Una herramienta computacional precisa para la estimación del rendimiento de enlaces de comunicación FSO sobre canales atmosféricos turbulentos débiles a fuertes
Autores: Katsilieris, Theodore D.; Latsas, George P.; Nistazakis, Hector E.; Tombras, George S.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2017
Acceso abierto
Artículo científico
2017
Una herramienta computacional precisa para la estimación del rendimiento de enlaces de comunicación FSO sobre canales atmosféricos turbulentos débiles a fuertes
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería de Sistemas
Palabras clave
Terrestre
Comunicación inalámbrica óptica
Condiciones atmosféricas
Rendimiento del sistema
Efecto de cintilación
Herramienta computacional
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 17
Citaciones: Sin citaciones
Las comunicaciones ópticas inalámbricas terrestres han atraído un interés significativo a nivel mundial en los últimos años debido a que ofrecen una transmisión de datos muy alta y segura con costos de instalación y operativos relativamente bajos, y sin necesidad de licencia. Sin embargo, dado que la trayectoria de propagación de la señal de información, es decir, el haz láser, es la atmósfera, su efectividad afecta fuertemente las condiciones atmosféricas en el área específica. Por lo tanto, el rendimiento del sistema depende significativamente de la lluvia, la niebla, el granizo, la turbulencia atmosférica, etc. Debido a la influencia de estos efectos, es necesario estudiar, teórica y numéricamente, muy cuidadosamente antes de la instalación de dicho sistema de comunicación. En este trabajo, presentamos expresiones matemáticas aproximadas exactas y precisas para la estimación de la capacidad promedio y las métricas de probabilidad de interrupción, como funciones de los parámetros del enlace, la potencia transmitida, la atenuación debida a la niebla, el ruido ambiental y el fenómeno de turbulencia atmosférica. Este último causa el efecto de centelleo, que resulta en fluctuaciones aleatorias y rápidas de la irradiancia en el extremo del receptor. Estas fluctuaciones pueden estudiarse con precisión con métodos estadísticos. Por lo tanto, en este trabajo, utilizamos la distribución lognormal o la distribución gamma-gamma para condiciones de turbulencia débil o moderada a fuerte, respectivamente. Además, utilizando las expresiones matemáticas derivadas, diseñamos, llevamos a cabo y presentamos una herramienta computacional para la estimación del rendimiento de estos sistemas, teniendo en cuenta el parámetro del enlace y las condiciones atmosféricas. Además, para aumentar la precisión de la herramienta presentada, en los casos en que las expresiones matemáticas analíticas obtenidas son complejas, los resultados de rendimiento se verifican con la estimación numérica de las integrales apropiadas. Finalmente, utilizando la expresión matemática derivada y la herramienta computacional presentada, presentamos los resultados numéricos correspondientes, utilizando valores de parámetros comunes para sistemas realistas de comunicación óptica terrestre de espacio libre.
Descripción
Las comunicaciones ópticas inalámbricas terrestres han atraído un interés significativo a nivel mundial en los últimos años debido a que ofrecen una transmisión de datos muy alta y segura con costos de instalación y operativos relativamente bajos, y sin necesidad de licencia. Sin embargo, dado que la trayectoria de propagación de la señal de información, es decir, el haz láser, es la atmósfera, su efectividad afecta fuertemente las condiciones atmosféricas en el área específica. Por lo tanto, el rendimiento del sistema depende significativamente de la lluvia, la niebla, el granizo, la turbulencia atmosférica, etc. Debido a la influencia de estos efectos, es necesario estudiar, teórica y numéricamente, muy cuidadosamente antes de la instalación de dicho sistema de comunicación. En este trabajo, presentamos expresiones matemáticas aproximadas exactas y precisas para la estimación de la capacidad promedio y las métricas de probabilidad de interrupción, como funciones de los parámetros del enlace, la potencia transmitida, la atenuación debida a la niebla, el ruido ambiental y el fenómeno de turbulencia atmosférica. Este último causa el efecto de centelleo, que resulta en fluctuaciones aleatorias y rápidas de la irradiancia en el extremo del receptor. Estas fluctuaciones pueden estudiarse con precisión con métodos estadísticos. Por lo tanto, en este trabajo, utilizamos la distribución lognormal o la distribución gamma-gamma para condiciones de turbulencia débil o moderada a fuerte, respectivamente. Además, utilizando las expresiones matemáticas derivadas, diseñamos, llevamos a cabo y presentamos una herramienta computacional para la estimación del rendimiento de estos sistemas, teniendo en cuenta el parámetro del enlace y las condiciones atmosféricas. Además, para aumentar la precisión de la herramienta presentada, en los casos en que las expresiones matemáticas analíticas obtenidas son complejas, los resultados de rendimiento se verifican con la estimación numérica de las integrales apropiadas. Finalmente, utilizando la expresión matemática derivada y la herramienta computacional presentada, presentamos los resultados numéricos correspondientes, utilizando valores de parámetros comunes para sistemas realistas de comunicación óptica terrestre de espacio libre.