[논문 리뷰] Comparison the effects of using Alamouti and Selection Combiners on the performance of a Hybrid FSO / RF Communication System

Javad Sayehvand, Mohammad Ali Amirabadi외 1명|arXiv (Cornell University)|2018. 02. 19.

Optical Wireless Communication Technologies참고 문헌 19인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 다중 경로 전송을 위한 이중 경로 릴레이 보조 하이브리드 FSO/RF 시스템을 제안하며, 릴레이에서 알라무티 또는 선택 복합 기법을 사용하여 다양성 이득을 향상시킨다. 비트 오류율(BER)과 아웃지 전송 확률에 대한 폐쇄형 표현식을 유도하였으며, 동일한 채널 조건 하에서 두 복합 기법이 동일한 성능을 보임을 보여주며, 저 SNR 조건에서는 대기 흐림에 대해 성능이 강건함을 확인한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 더 나은 링크 신뢰성을 확보하기 위해 새로운 이중 경로 릴레이 보조 하이브리드 FSO/RF 통신 시스템을 설계하기.
• 릴레이에서 알라무티 복합기(AC)와 선택 복합기(SC)의 성능에 미치는 영향을 분석하기.
• 제안된 시스템에서 비트 오류율(BER)과 아웃지 전송 확률(P_out)에 대한 폐쇄형 수학적 표현식을 유도하기.
• 실제 채널 조건 하에서 MATLAB 시뮬레이션을 통한 이론적 분석의 검증하기.
• 대기 흐림과 SNR 변화에 대한 시스템의 강건성 평가하기.

제안 방법

• 두 안테나를 통해 레이일리 fading 채널을 통해 RF 신호가 전송되는 이중 경로 릴레이 시스템 모델링하기.
• 릴레이에서 신호 복합 및 검출을 위해 알라무티 복합기(AC)와 선택 복합기(SC) 구현하기.
• FSO 및 RF 링크의 통계적 채널 모델을 사용하여 BER 및 아웃지 전송 확률에 대한 폐쇄형 표현식 유도하기.
• Gamma-Gamma 분포를 사용하여 FSO 링크의 대기 흐림 영향 통합하기.
• 다양한 SNR 및 흐림 조건 하에서 MATLAB을 이용한 몬테카를로 시뮬레이션을 통한 이론적 결과 검증하기.
• 다양한 평균 SNR 및 흐림 수준에서 AC 및 SC 기법 간 성능 지표 비교하기.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 하이브리드 FSO/RF 릴레이 시스템에서 알라무티 복합기(AC)와 선택 복합기(SC) 기법은 BER 및 아웃지 전송 확률 측면에서 어떻게 비교되는가?
• RQ2 제안된 이중 경로 하이브리드 FSO/RF 시스템에서 BER 및 아웃지 전송 확률에 대한 폐쇄형 표현식은 무엇인가?
• RQ3 저 SNR 및 고 SNR 영역에서 대기 흐림은 시스템 성능에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ4 동일한 채널 조건 하에서 복합 기법의 선택이 시스템 성능에 상당한 영향을 미치는가?
• RQ5 저 평균 SNR에서 시스템 성능이 흐림에 대해 얼마나 독립적인가?

주요 결과

• 하이브리드 FSO/RF 이중 경로 릴레이 시스템에서 BER 및 아웃지 전송 확률에 대한 폐쇄형 표현식이 처음으로 유도되었다.
• 동일한 채널 조건 하에서 알라무티 복합기(AC)를 사용하는 시스템의 성능은 선택 복합기(SC)를 사용하는 시스템과 동일하다.
• 저 평균 신호 대 잡음비(SNR) 조건에서는 대기 흐림 강도에 관계없이 시스템 성능이 거의 변하지 않는다.
• MATLAB 시뮬레이션을 통해 다양한 SNR 및 흐림 수준에서 이론적 유도의 정확성과 타당성이 확인되었다.
• 결과적으로, 복합 기법의 복잡성과 구현 방식이 다르지만, AC와 SC 모두 동일한 다양성 이득을 달성함을 시사한다.
• 저 SNR 조건에서 시스템은 대기 흐림에 대해 강력한 저항성을 보이며, 저전력 또는 고손실 환경에 적합함을 시사한다.