[论文解读] 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 4

一句话总结

本文提出了一种采用中继的两跳中继辅助混合自由空间光/射频（FSO/RF）系统，中继处使用Alamouti或选择合并技术以增强分集增益。推导了误码率（BER）和中断概率的闭式表达式，表明在相同信道条件下，两种合并方案性能相同，且低信噪比（SNR）下性能对大气湍流具有鲁棒性。

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.

研究动机与目标

• 设计一种新型两跳中继辅助混合FSO/RF通信系统，以提高链路可靠性。
• 分析中继处Alamouti合并器（AC）和选择合并器（SC）对系统性能的影响。
• 推导所提系统中误码率（BER）和中断概率（P_out）的闭式数学表达式。
• 通过MATLAB仿真在真实信道条件下验证理论分析。
• 评估系统对大气湍流和SNR变化的鲁棒性。

提出的方法

• 建立两跳中继系统模型，其中射频（RF）信号通过两个天线在瑞利衰落信道中传输。
• 在中继处实现Alamouti合并器（AC）和选择合并器（SC）以进行信号合并与检测。
• 利用统计信道模型对FSO和RF链路进行分析，推导BER和中断概率的闭式表达式。
• 采用Gamma-Gamma分布建模FSO链路中的大气湍流效应。
• 通过MATLAB中蒙特卡洛仿真验证理论结果，覆盖不同SNR和湍流条件。
• 在不同平均SNR和湍流水平下，比较AC与SC方案的性能指标。

实验结果

研究问题

• RQ1 在混合FSO/RF中继系统中，Alamouti合并器（AC）与选择合并器（SC）在误码率（BER）和中断概率方面如何比较？
• RQ2 所提两跳混合FSO/RF系统中，BER和中断概率的闭式表达式是什么？
• RQ3 大气湍流在低SNR和高SNR区域如何影响系统性能？
• RQ4 在相同信道条件下，合并方案的选择是否显著改变系统性能？
• RQ5 在低平均SNR下，系统性能在多大程度上与湍流无关？

主要发现

• 首次为混合FSO/RF两跳中继系统推导出误码率（BER）和中断概率的闭式表达式。
• 在相同信道条件下，采用Alamouti合并器（AC）的系统性能与采用选择合并器（SC）完全相同。
• 在低平均信噪比（SNR）下，系统性能几乎不受大气湍流强度影响。
• MATLAB仿真验证了理论推导在各种SNR和湍流水平下的准确性和有效性。
• 结果表明，尽管复杂度和实现方式不同，Alamouti合并器（AC）和选择合并器（SC）均可实现相同的分集增益。
• 系统在低SNR下对大气衰落表现出强鲁棒性，表明其适用于低功耗或高损耗环境。