[논문 리뷰] Effect of Weather Conditions on FSO link based in Islamabad

Nauman Hameed, Tayyab Mehmood외 1명|arXiv (Cornell University)|2017. 11. 29.

Optical Wireless Communication Technologies참고 문헌 4인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 파키스탄 이슬라마바드에서의 자유공간광학(FSO) 통신 링크에 대한 기상 조건—특히 dense fog와 비—의 영향을 OptiSystem 시뮬레이션을 사용하여 조사한다. 결과적으로 농도가 높은 dense fog에서는 최대 200 dB/km의 감쇠가 발생하여 심각한 신호 품질 저하가 발생하며, 중간 정도의 비 역시 영향을 미치는 것으로 나타나, 우도우 기상 지역에서 고대역폭의 도시 FSO 배치에 있어 핵심적인 제약 조건이 됨을 시사한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 악천후 조건으로 인한 이슬라마바드의 FSO 링크 성능 저하를 평가하기 위해.
• 자유공간광학 통신 시스템에서 안개와 비가 신호 감쇠에 미치는 영향을 정량화하기 위해.
• 도시 이슬라마바드의 고층건물 간 고대역폭 FSO 링크의 구현 가능성을 평가하기 위해.
• 시스템 수준의 모델링을 사용하여 실제 기상 조건 하에서의 링크 예산 저하를 시뮬레이션하고 분석하기 위해.
• 유사 기후 지역에서 견고한 FSO 네트워크 설계를 위한 데이터 기반 통찰을 제공하기 위해.

제안 방법

• 이슬라마바드의 두 지점 간 자유공간광학(FSO) 링크를 모델링하기 위해 OptiSystem 소프트웨어를 사용하였다.
• 클리어 에어, 경미한 비, 중간 비, 그리고 농도가 높은 안개를 포함한 다양한 기상 조건 하에서 신호 전파를 시뮬레이션하였다.
• ITU-R 권고에 기반한 표준 대기 감쇠 모델을 비와 안개에 적용하였다.
• 일반적인 도시 FSO 배치를 나타내기 위해 1550 nm 파장의 소스와 1 km 링크 거리를 사용하였다.
• 수신기에서의 광학적 전력 측정을 통해 링크 마진과 신호대잡음비(SNR) 저하를 계산하였다.
• 다양한 기상 상황 하에서 링크 예산 분석 및 전력 예산 계산을 통해 성능을 분석하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 안개의 농도는 이슬라마바드의 FSO 링크 감쇠와 전반적인 성능에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ2 비 강수는 자유공간광학 통신 시스템에서 광신호를 어느 정도로 저하시키는가?
• RQ3 이슬라마바드와 같은 도시 환경에서 악천후 조건 하에서의 최대 링크 거리는 얼마인가?
• RQ4 시뮬레이션 결과는 비와 안개에 대한 이론적 감쇠 모델과 어떻게 비교되는가?
• RQ5 이슬라마바드 기후에서 고대역폭 FSO 링크를 구현할 때의 주요 기상 관련 제약 조건은 무엇인가?

주요 결과

• 농도가 높은 안개로 인해 최대 200 dB/km의 신호 감쇠가 발생하여 FSO 링크 성능이 심각하게 저하되었다.
• 중간 정도의 비로 인해 약 10 dB/km의 감쇠가 발생하여 링크 가용성이 크게 감소하였다.
• 경미한 비로 인해 약 2–3 dB/km의 중간 정도의 감쇠가 발생하여 링크 마진에 영향을 주었지만, 완전한 장애는 발생하지 않았다.
• 클리어 에어 조건에서는 FSO 링크가 최소한의 경로 손실로 안정적인 신호를 유지하였다.
• 시뮬레이션 결과는 안개가 이슬라마바드의 FSO 시스템에 가장 해로운 기상 조건임을 확인하였다.
• 농도가 높은 안개 상황에서 링크 마진이 허용 가능한 임계값 이하로 떨어져 링크 장애의 위험이 높다는 것이 확인되었다.