[論文レビュー] Comparison the effects of using Alamouti and Selection Combiners on the performance of a Hybrid FSO / RF Communication System

Javad Sayehvand, Mohammad Ali Amirabadi+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 19, 2018

Optical Wireless Communication Technologies参考文献 19被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、リレ一でアラムーティ方式または選択結合を用いることで diversity gain を向上させる二ホップリレ一支援型ハイブリッド FSO/RF システムを提案する。誤りビット率（BER）および outage 確率の閉形式式を導出し、同じチャネル条件下で両結合方式が同一の性能を示すことを示している。低 SNR では、大気乱流への影響が小さくなり、性能が安定することが判明した。

ABSTRACT

In this paper a novel model is presented for a two-hop relay-assisted hybrid Free Space Optical / Radio Frequency (FSO / RF) communication system. In this system, a RF signal is transmitted from two antennas in Rayleigh channel, then relay combines and detects the received signal and transmits it through channel. Effects of using Alamouti Combiner (AC) and Selection Combiner (SC) schemes at relay receiver, on the performance of the proposed system are being investigated through mathematical analysis. For the first time closed-form expressions for Bit Error Rate (BER) and Outage Probability (P_out) of the proposed system are being derived and validated through MATLAB simulations. The results of this paper indicate that at considered channel conditions, use of AC and SC schemes in the proposed structure have the same effects on the performance of the proposed system. It is also observed that at low average signal to noise ratio (SNR), system performance is almost independent of atmospheric turbulence intensity.

研究の動機と目的

• より高いリンク信頼性を実現するため、新規の二ホップリレ一支援型ハイブリッド FSO/RF 通信システムの設計。
• リレ一におけるアラムーティ結合器（AC）および選択結合器（SC）のシステム性能への影響の分析。
• 提案されたシステムにおける誤りビット率（BER）および outage 確率（P_out）の閉形式数学的式の導出。
• 現実のチャネル条件下で理論的分析を MATLAB シミュレーションにより検証。
• 大気乱流および SNR の変動に対するシステムの耐性の評価。

提案手法

• 2つのアンテナを介してレイノールジングフェイジングチャネルを介して RF 信号を送信する二ホップリレ一システムのモデル化。
• リレ一で信号の結合と検出にアラムーティ結合器（AC）および選択結合器（SC）を実装。
• FSO および RF リンクの統計的チャネルモデルを用いて、BER および outage 確率の閉形式式を導出。
• FSO リンクにおける大気乱流の影響をガンマ・ガンマ分布を用いてモデル化。
• さまざまな SNR および乱流条件下で、MATLAB を用いたモンテカルロシミュレーションにより理論的結果を検証。
• 異なる平均 SNR および乱流レベルにおける AC および SC 方式の性能指標を比較。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ハイブリッド FSO/RF リレ一システムにおいて、アラムーティ結合器（AC）および選択結合器（SC）の BER および outage 確率はどのように比較されるか？
• RQ2 提案された二ホップハイブリッド FSO/RF システムにおける BER および outage 確率の閉形式式は何か？
• RQ3 低 SNR および高 SNR モードにおいて、大気乱流はシステム性能にどのように影響を与えるか？
• RQ4 同じチャネル条件下で、結合方式の選択がシステム性能に顕著に影響を与えるか？
• RQ5 平均 SNR が低い状態で、システム性能が乱流にほとんど依存しない範囲はどの程度か？

主な発見

• 本稿では、ハイブリッド FSO/RF 二ホップリレ一システムにおいて、初めて BER および outage 確率の閉形式式が導出された。
• 同じチャネル条件下で、アラムーティ結合器（AC）を用いたシステムの性能は、選択結合器（SC）を用いたものと同一である。
• 平均信号対雑音比（SNR）が低い状態では、大気乱流の強度に関わらず、システム性能がほぼ一定に保たれる。
• MATLAB シミュレーションにより、理論的導出の正確性と妥当性が、さまざまな SNR および乱流レベルで確認された。
• 結果から、AC および SC の両方とも、複雑さと実装の違いに関わらず、同じ程度の diversity 結合利得が得られると示された。
• 低 SNR におけるシステムの強力な大気フェージング耐性は、低消費電力または高損失環境への適性を示唆している。