[論文レビュー] Effect of Weather Conditions on FSO link based in Islamabad

Nauman Hameed, Tayyab Mehmood+1 more|arXiv (Cornell University)|Nov 29, 2017

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

ひとこと要約

本研究では、パキスタン・イスラマバードにおける自由空間光通信（FSO）リンクの気象条件、特に霧と雨の影響を、OptiSystemシミュレーションを用いて調査した。結果として、濃い霧では最大200 dB/kmの減衰が生じ、信号劣化が著しく、特にモンスーン期に影響を受ける都市部における高容量FSO展開に深刻な制限をもたらすことが明らかになった。

ABSTRACT

Free space optics (FSO) is a field of curiosity and importance for the scientists because of its numerous applications and advantages like low cost FSO systems, easy deployment, high data rate, secure FSO links and license free bands. Very high bandwidth FSO link can be effectively established between the skyscrapers of the Islamabad Pakistan for the purpose high capacity applications in these skyscrapers. FSO links are badly affected by the weather conditions especially rain and fog because of high attenuation factors. optisystem is used to study the effect of rain and fog on the performance of FSO links.

研究の動機と目的

• 悪天候条件によるイスラマバードにおけるFSOリンクの性能劣化を評価すること。
• 霧および雨が自由空間光通信システムにおける信号減衰に与える影響を定量化すること。
• 都市部の高層ビル間における高帯域FSOリンクの導入可能性を評価すること。
• システムレベルのモデリングを用いて、実際の気象条件下でのリンク予算劣化をシミュレートおよび分析すること。
• 同様の気候帯における耐障害性のあるFSOネットワーク設計のためのデータドリブンな知見を提供すること。

提案手法

• イスラマバードの2地点間の自由空間光（FSO）リンクをモデル化するためにOptiSystemソフトウェアを採用した。
• 晴天、弱い雨、中程度の雨、濃い霧を含むさまざまな気象条件下での信号伝搬をシミュレートした。
• 国際電気通信連合（ ITU-R ）の勧告に基づいて、雨および霧の標準的大気減衰モデルを適用した。
• 典型的な都市部FSO展開を表すために、1550 nm波長の光源と1 kmのリンク距離を用いた。
• 受信機での光パワーを測定し、リンクマージンおよび信号対雑音比（SNR）の劣化を計算した。
• さまざまな気象シナリオ下でのリンクマージン分析およびパワー予算計算を用いて性能を分析した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 霧の密度がイスラマバードにおけるFSOリンクの減衰および全体的な性能にどのように影響するか？
• RQ2 降雨は自由空間光通信システムにおける光信号にどの程度劣化をもたらすか？
• RQ3 都市環境であるイスラマバードのような条件下で、悪天候時における最大リンク距離はどの程度か？
• RQ4 シミュレーション結果は、雨および霧の理論的減衰モデルとどの程度一致するか？
• RQ5 イスラマバードの気候において、高容量FSOリンクを展開するにあたり、重要な天候要因による制限は何か？

主な発見

• 濃い霧により、最大200 dB/kmの信号減衰が発生し、FSOリンクの性能が著しく劣化した。
• 中程度の雨では約10 dB/kmの減衰が生じ、リンクの可用性が顕著に低下した。
• 弱い雨では約2–3 dB/kmの中程度の減衰が生じ、リンクマージンに影響を及ぼしたが、完全な障害には至らなかった。
• 晴天時においては、FSOリンクが最小限の経路損失で安定した信号を維持した。
• シミュレーション結果は、霧がイスラマバードにおけるFSOシステムにとって最も深刻な障害要因であることを確認した。
• 濃い霧時にはリンクマージンが許容可能な閾値を下回り、リンク障害の高いリスクを示した。