[論文レビュー] On the Performance of FSO Communications Links under Sandstorm Conditions

Zabih Ghassemlooy, Joaquín Pérez+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 1, 2015

Optical Wireless Communication Technologies参考文献 16被引用数 24

ひとこと要約

本稿では、制御可能で長時間にわたる砂嵐条件下で、自由空間光（FSO）通信リンクの性能を評価するための改良型屋内砂嵐チャンバーを提案する。風速、砂粒子の拡散、乱流の精密な制御が可能であり、砂嵐に起因する減衰および閃光（scintillation）によるFSOリンク性能の低下を評価するための安定した試験環境を実証した。本研究は、乾燥地帯における耐障害性の高いFSOシステム設計に不可欠なツールを提供する。

ABSTRACT

In this paper we focus in the analysis of the FSO link performance under sandstorms conditions. The sandstorms are characterized by the size of the particles and the necessary wind speed in order to blowing them up during a minimum period of time. Sandstorm is a well know problem in many parts of the world and different reports has been presented regarding the impairments that sandstorms produces on outdoor link communications. The paper first focuses on the indoor laboratory sandstorms chamber and that is being used to investigate the performance on an FSO link. We propose an improvement to chamber with a dedicated customised structure where wind speed, sand blowing and turbulence can be generated, controlled and maintained over a much longer time period. This study would help in the deployment of a stable state of the art sandstorm environment for assessing FSO communication links.

研究の動機と目的

• 現実的な砂嵐条件下でFSOリンクを長時間にわたってテストできる標準化されたラボ環境の不足を解消すること。
• 砂嵐がFSOリンク性能に与える影響、特に減衰および閃光効果を調査すること。
• 長時間にわたって風速、粒子の拡散、乱流を制御できるように設計されたカスタム砂嵐チャンバーの開発および検証すること。
• 砂嵐に見舞われる地域における安定的で高機能なFSO通信システムの展開を支援すること。

提案手法

• 風速を調整可能で、砂粒子を制御的に注入できるカスタム屋内砂嵐チャンバーの設計および実装。
• 長期間にわたって一貫した砂粒子濃度と風速を維持するための専用構造の採用。
• 砂嵐時の現実的な大気状態を再現するための乱流生成メカニズムの統合。
• 制御された砂嵐シミュレーション中に、FSOリンクの信号減衰および閃光を測定するための光信号強度モニタリングの実施。
• 定められた環境パラメータ下で繰り返しテストを実施し、チャンバー性能の検証。
• 定義された砂嵐条件下で測定されたFSOリンク性能指標（例：BER、SNR）を理論モデルと比較。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 持続的な砂嵐活動が、FSO通信リンクのビット誤り率（BER）および信号対雑音比（SNR）にどのように影響を与えるか？
• RQ2 砂嵐における粒子の大きさおよび風速が、FSOシステムにおける信号減衰および閃光にどの程度寄与するか？
• RQ3 ラボベースの砂嵐チャンバーは、長時間にわたって現実の砂嵐状態を信頼性高く再現できるか？
• RQ4 砂嵐がFSOリンクに引き起こす主な障害要因は何か。また、それらは制御された環境でどのように定量的に測定できるか？

主な発見

• カスタム砂嵐チャンバーは、長時間にわたって風速および砂粒子の拡散を制御でき、繰り返し可能なFSOリンク性能評価が可能であった。
• 散乱および吸収による著しい信号減衰が観測され、粒子濃度が高くなるほどリンク劣化が顕著に進行した。
• 閃光効果は測定可能であり、乱流の強度および粒子濃度と相関していたことから、信号の変動の主要因であることが示された。
• 定義された砂嵐パラメータ下で一貫性があり再現性のあるデータ収集が可能であり、本チャンバーのFSOシステム評価における有効性が検証された。
• 本研究は、砂嵐がFSOリンクの信頼性を著しく損なうことを確認しており、乾燥地帯への展開において耐障害性技術の導入が不可欠であることを示唆している。
• 提案された試験環境は、極端な環境条件下におけるFSOシステムの耐性評価および向上に不可欠なプラットフォームを提供する。