在衰落信道WDM无线光通信网络的保护

Rakhi.J.Nair¹,S.Manikandan²

PG学者,ECE、PSN工程与技术学院Tirunelveli Tamilnadu、印度
助理教授,ECE、PSN工程与技术学院Tirunelveli Tamilnadu、印度

文摘

无线光通信用调制光学聚焦光束建立大气数据传输。这种再现技术结合在商业实现高数据率约2.5 Gbps。这一特点以及高网络重构性(提供的部署时间短),license-free操作和低敏感性电磁干扰和干扰,使国防应用无线光通信系统更有趣。通断键控调制(显得),所使用的大多数无线光通信系统,逻辑上没有足够的隐藏信息,如果梁拦截。这种情况下应考虑,在长途军事移动系统大发散角。其他的缺点是,这些系统容易受到大气现象,如衰减和闪烁。必须考虑所有这些因素在设计一个新的无线光通信系统用于军事目的。在拟议的系统中,编码完成每个中继路径保护传输数据从任何类型的安全攻击。这个系统数据安全来自于物理信号编码和解码过程,因为一个相应的流程需要解码代码模式为了成功接收传输数据。当编码和解码信息保密,数据安全保障。 Physical encoding imposes complex encoding to the physicaly transmitted signals . After the physical encoding, the signal carrying data is transformed to an unpredictable form which is being modulated using PPM modulation

关键字

大气湍流;放大自发发射;无线光通信;波分多路复用。通道间串扰。

介绍

ree-space光学(无线光通信)通信已经成功地用于短途传输4公里。光纤系统相比,无线光通信沟通的优点是易于安装,提供访问在terrainsss困难和更低的成本(即。,没有纤维)的采购和安装。基于无线光通信通信系统优于射频(或毫米波)系统,如改善安全,没有频率许可,短途访问和更高的速度。不过无线光通信通信面临相当大的挑战,如大气衰减和turbulence-induced闪烁[7、14]。一个WDM访问分布中的网络使用无线光通信通信链接实际命题,因为无线光通信系统和光纤使用类似的传输波长和系统组件(10、7)。因此,这两种技术的融合可能产生成本效益和可靠的混合光接入网解决方案。

长无线光通信传播距离光放大器(OAs)是必要的。在WDM系统中信道间的串扰报道[8]。这里局势变化的大气湍流混合networkA¢年代分布链接引起串扰效应显著波动加剧其负面性能很强的影响。的湍流增强信道间的串扰发生在信号和相声路径独立湍流(从身体完全不同),串扰功率可能会暂时的方法甚至大大超过信号力量尽管明智的长期平均signal-tocrosstalk比率。性能是有限的,当相声功率超过信号功率的概率(通过相声的动荡增加或减少湍流信号或两者)。

系统设计和描述

基本上,一个WDM在其连接许多不同的波长OLT责任在一个互相连接的光纤系统。框图显示了波分复用无源光网络使用无线光通信通信提出了纤维分布链接而不是这里。下游表现不佳的远程节点传输和OLT的缺陷信号分离器在上游传播导致不受欢迎的波长光信号的接收称为信道间的串扰。这种效应是上游传播,更严重的可能会激怒的动荡,而在下游传播的责任通常可以安排,以防止进一步的介绍相声的ONU光二极管(或一个滤光器可以选择放置之前)。注意,在上游传播intrachannel相声也可以存在原则上如果光束传播导致发射功率下降的一部分视野内的一个无意的聚光透镜。这是被忽视的,因为它通常可以避免通过确保光网络单元附近相同的传输路径不一致。

答:上游传输

在上游,每个ONU有专门独立的点对点的光学与激光的光线路终端自身特定的固定波长。分销网络的大气信道传输的信号mux的责任。MUX结合和传输这些信号通过一个光学馈线纤维光线路终端。OLT的多路复用信号的多路分配器分离成单独的波长。几个WDM mux /多路分配器技术存在。基于AWG(列阵波导光栅)的设备是最受欢迎的,因为他们的低色散的损失。但在生产复杂,成本高和温度的变化相关的损失的缺点[5]。衍射光栅的空间是一种很有前途的技术,克服缺点AWG-based设备[2]。每个ONU发射器传送光信号对相应的接收器收集眼镜(RCLs)。假设ONU传输功率高达20 dBm和不超过这个极限,在最大可能值根据激光皮肤和眼睛安全条例,无线光通信系统传播权力通常超过其纤维ONU传输能力都因为大气信道高度衰减,因为它缺乏发生在光纤的非线性效应。 As it approaches the receiver collecting lens, the beam spreads out, characterized by its divergence angle θ, due to diffraction and wave front distortion induced by atmospheric turbulence . Each remote node RCL couples its wavelength through a short length of fiber .An optical preamplifier of gain G and noise figure (NF) can be placed either at the remote node output to increase the signal power through the feeder fiber or can be placed at the demux input to improve the effective OLT receiver sensitivity. After the DEMUX a PIN photodiode with quantum efficiency η is placed . Then amplification of the resulting electrical signal is done and filtered before passing to the decision device, where the threshold is applied. square law detection process is applied for photo detection leading to the ASE- ASE and signal– ASE beat noises. The receiver is assumed with electrical bandwidth

,在那里

和Rb是数据率。一点一点取样,取样是相对于阈值。

b .下游传播

在下游,N单独OLT激光属于每个ONU传输信号在特定波长从一个点到另一个地方。在下游的性能计算,同样的假设在上游传输信道间隔的,光波长,利用最优阈值,键控方案。然而,最大OLT传输能力较低(通常10 dBm)为了减少光纤非线性。信道间的串扰在下游由于多路分配器缺陷发生在远程节点,但这不是由大气湍流强调,由于串扰发生前分布链接,所以基本上经历相同的湍流大气联系信号。

c .光放大器的位置

两个不同的放大器的位置被认为是:一个在远程节点(情况下),另一个在OLT(案例B)。在上游的情况下,ASE噪声经验损失OLT多路分配器损失和给料机光纤衰减,在上游的案例B, ASE噪声仅从OLT多路分配器遭受损失在某些情况下,上游光放大器的位置可能不会产生太大影响性能,考虑到光信噪比(信噪比)之间的不同只有4 dB案例和案例B(纤维)20公里,OSNR时这是不重要的是好的。因此,上游放大器的位置主要取决于实际问题如权力在远程节点的可用性,进而取决于指向的力量和跟踪系统。在下游情况下,ASE噪声受到大气衰减,远程节点多路分配器和光束传播损失损失,而在下游的案例B, ASE噪声经验额外支线光纤衰减。对于上游问题存在关于放大器的位置,但有额外的不需要提供过多的权力到纤维在下游的情况下由于非线性问题。

物理安全的编码和解码

无线光通信用调制光学聚焦光束建立大气数据传输。这种再现技术结合高数据率(约2.5 Gbps商业实现),光学介质的特点,部署时间短,无线电频率(RF)系统的一个优势。此外,无线光通信的会聚光束(10 mrad发散角),允许光学链接提供安全性和免疫拦截的重要度。这一特点以及高网络重构性(提供的部署时间短),license-free操作和低敏感性电磁干扰和干扰,使国防应用无线光通信系统更有趣。然而,尽管提供的良好程度的物理安全会聚光束,通断键控调制(显得),所使用的大多数无线光通信系统,逻辑上没有足够的隐藏信息,如果梁拦截。这种情况下应考虑,在长途军事移动系统大发散角。其他的缺点是,这些系统容易受到大气现象,如衰减和闪烁。必须考虑所有这些因素在设计一个新的无线光通信系统用于军事目的。

图2所示。系统的框图

在这个工作中,编码完成每个中继路径保护传输数据从任何类型的安全攻击。这个系统数据安全来自于物理信号编码和解码过程,因为一个相应的流程需要解码代码模式为了成功接收传输数据。当编码和解码信息保密,数据安全保障。物理编码实施复杂编码到物理传输信号。物理编码后,信号携带数据转化为不可预知的形式使用PPM调制调制。转换后的信号通过光纤传输链接时,敌人不能拦截数据直接从没有相应的物理传输信号解码的过程。

一个。阿达玛代码生成器

身体通过阿达玛编码实现代码生成器。它从正交组代码生成阿达玛的代码。阿达玛的代码生成器生成一个阿达玛代码块从阿达玛矩阵,形成一组正交的代码行。这个代码可以用来传播通信系统的接收机与发射机是完全同步的。在这些系统中代码decorrelated完全因此despreading操作是非常理想的。

阿达玛编码的个别行是阿达玛矩阵。这些方形矩阵的条目+ 1或- 1,和它的行和列是相互正交的。N×N哈达玛矩阵,表示HN,递归地定义如果N是一个非负的力量2,。Nby - N阿达玛矩阵的属性HNHN T =外祖母在N×N的单位矩阵。阿达玛1和1的矩阵是矩阵的列是正交的,H的* H = n *我[n n] =大小(H)和I =眼睛(n, n)他们在不同领域的应用,包括信号处理、组合,和数值分析。仿真了一个端到端的系统显示编码信号,信道模型中,接收信号的解调和接待

Q-ary PPM

图3表示QPPM系统的框图传送L = log2Q比特/符号,提供高功率效率。发射机的信号所描述的二进制数据转换成一连串的脉冲相应QPPM象征。后接收机,信号检测(解调器块)和交错,信道解码。解调操作基于接收到的光强度信号。

光学或电子转换后的电信号是:

re =η(I + Ia) + n (1)

我是接收信号的光强的地方,Ia后剩下的环境光强度频率和空间滤波和η是光或电转换效率。n是黑暗的总和,热,散粒噪声。我们假设环境光几乎可以完全取消。所以,取消后的接收信号的环境光,解调之前:

re =ηI + n (2)

我们假设接收机热噪声是有限的,并考虑n作为一个零均值高斯加性噪声的方差σn 2,独立于信号即让Ts表示符号持续时间和没有噪声单边功率谱密度。考虑到低通滤波的带宽photo-detection后1/2大匙,噪声方差=σn 2 = N0/2Ts。我们进一步考虑接收信号强度我I0的产物,发射光强度,和h,通道大气湍流等:

我= h IO (3)

衰落信道建模

通信链路的可靠性可以确定如果我们使用一个好的概率模型的动荡。设计一个高性能的通信链路的大气无线光(无线光通信)通道,通道特征具有十分重要的意义。提出了几个概率密度函数(pdf)的强度变化的接收机光学链接。大气湍流会损害无线光通信链路的性能,因此导致接收到的光信号随机变化引起的信号衰落。

答:瑞利分布

瑞利模型是用来描述信道增益。为瑞利衰落的程度或闪烁指数的情况是1。瑞利多集中在低的密度函数(深深的褪色的)值。

PDF的路径增益或信道衰落瑞利分布振幅„„:

fA (a) = 2 ae-a ^ 2 (4)

b .对数正态分布

对数正态模型用于弱湍流条件或少严重衰落。路径增益的pdf或信道衰落幅度„aA¢给出:

(5)

的参数μ表示均值和方差σ2表示。μμ、σ应该满足关系= -σ2这意味着路径强度E (A2) = 1。

典型值的闪烁指数(受到打击还得追溯到)范围在0.4和1之间。

图4显示了概率密度函数的对数正态分布和瑞利衰落。特别是两个值的闪烁指数(S.I.)为对数正态分布的情况。分析pdf文档,很明显低的a值更高密度的瑞利情况比对数正态分布的情况,这肯定对系统性能更加衰落。

频道选择器阵列

频道选择器阵列由交叉单元,一个upcounter和相应的开关。打穿越块检测当输入到达了穿越抵消达到指定的参数值的方向交叉方向属性。如果输入信号的值是完全抵消值达到穿越后发现,阻止继续输出值为1。如果输入信号在两个相邻点支架偏移值(但是没有价值正好等于抵消),1块输出值的第二次步骤。如果输入信号是恒定的和等于偏移值,输出1块只有在达到交叉方向属性设置为。

柜台块增量或内部计数器的精神性每次接收到触发事件在公司/ 12月港口。触发事件在皇家莎士比亚剧院港口重置ounter到最初的状态。Rst的输入端口必须是真实的,samplebased标量。公司/ 12月端口的输入可以是真实的,纸浆包标量,或一个真正的,框架向量(即单通道)。柜台块运营公司/ 12月输入时在框架模式框架向量。块增量或柜台的精神性的触发事件的总数中包含公司/ 12月输入帧。因此,计数器可能改变多次在处理单个公司/ 12月输入帧。当块有一个港口,它输出的值为1,如果任何指定的值匹配任何计数器值的公司/ 12月输入的处理框架。

例子的结果

考虑到无线光通信城域网的例子,如图5所示。考虑三个相邻的建筑(1),(2)和(3)假设每个建筑及其之间的无线光通信连接可用两个相邻的建筑。在无线光通信网络中,每一个连接建立通过FSO-based光收发模块组成的无线单位每个发射机和接收机提供全双工功能。

考虑到高方向性和non-broadcast无线光通信传输的本质,一个单独的收发器是完全专用的通信与每个相邻的建筑。我们假设收发器建立(2)可用于建筑物之间的合作来提高通信的可靠性(1)和(3),滥用的符号建筑(1),(2)和(3)会用源(S),继电器(R)和目标(D),分别。图7描述了合作策略。

值得注意的是,在收发器(R)不与部署的目的帮助。事实上,这些收发器部署(R)与(S)和(D);如果(R)愿意分享其现有资源(和(R)没有信息传输),那么它可以作为中继协助(S)与(D)的沟通。

合作策略如下:一个符号序列首先传送到火炬传递。在第二次,(R)传输解码符号(D),而(S)同时传输同一个符号序列(D)。因为三个传输参与合作周期,然后从接收器trx的发射功率,1,硫氧还蛋白2和TRxR, 2必须除以3。

结论

在战争的新范式,如网络中心战(NCW),增加信息的流动是必要的为了提供战略优势,因此,提高战斗力。随着网络中心解决方案开始被认为对于军事系统,增加利率数据显示是必要的和自由空间光学无线光通信技术出现作为一个很好的解决方案。

引用

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