International Science and Technology Journal

Home < Articles < Article Details

Performance evaluation of a 2.048-Tbps Hybrid WDM-FSO DP-16QAM system under different weather conditions

الملخص
شهدت شبكات الاتصال البصري في الفضاء الحر (FSO) تطورات ملحوظة مدفوعةً بالحاجة المتزايدة إلى سرعات نقل بيانات أعلى، وسعات قنوات أوسع، وخطوط اتصال طيفية الكفاءة باستخدام تقنيات تعديل متقدمة. يعرض هذا البحث نهجًا لنقل البيانات عبر FSO يستخدم مخطط تقسيم الطول الموجي (WDM) يتكون من ثماني قنوات، حيث يتم دمج التعديل السعوي باستقطاب مزدوج (DP-16QAM) مع تقنيات طيفية فعالة لتمكين كل قناة من نقل بيانات بسرعة تصل إلى 256 جيجابت في الثانية. يتم ضبط أداء النظام باستخدام معالجة الإشارة الرقمية وتقنيات تعويض تدهور الإشارة المصممة خصيصًا للتعامل مع الاضطرابات والتوهين الجوي وتلاشي القناة.ولمواجهة هذه التحديات، يُقترح تعزيز أداء المستقبل من خلال دمج مرشح غاوسي منخفض التمرير عالي الرتبة يوضع قبل دخول الإشارة إلى وحدة المعالجة الرقمية، مما يساعد على تخفيف تأثيرات الغلاف الجوي بشكل أكبر. تُسهم هذه المنهجية في الحد من التوهين وتمكين معالجة أكثر دقة وسرعة للإشارة. ومن خلال المحاكاة العددية، نُظهر أن سرعة نقل بيانات تبلغ 2.048 تيرابت في الثانية يمكن تحقيقها عبر مسافات FSO تتراوح بين 2.18 كيلومترًا وحتى 111 كيلومترًا، مع معدلات خطأ في البت مقبولة في ظل ظروف جوية متنوعة. كما نُثبت تفوق النظام من حيث معدل البت والمدى مقارنةً بالمحاولات السابقة. ويمكن اعتماد هذه التقنية لضمان نقل بيانات موثوق وعالي السرعة في شبكات الربط الأمامي والخلفي، حتى في أصعب الظروف الجوية. وبفضل سعة النظام وقدرته على الصمود في وجه الظروف القاسية، فإنه يُعد مناسبًا للأنظمة الناشئة مثل إنترنت الأشياء (IoT) وتقنية الجيل السادس6G ، مع ضمان تكامل سلس دون الحاجة إلى تعديلات كبيرة.................. الكلمات المفتاحية:.............. الاتصال البصري في الفضاء الحر (FSO)، التوهين الجوي، تقسيم الطول الموجي (WDM)، التعدد بالاستقطاب المزدوج (DPM)، التعديل السعوي التربيعي (QAM)، معدل خطأ البت (BER)
Abstract
Improvements in free-space optics (FSO) networks have been driven by a growing need for higher data transmission speeds, broader channel capacities, and spectrally efficient communication lines with sophisticated modulation techniques. This paper details an FSO transmission approach that employs an eight-channel wavelength division multiplexing (WDM) scheme, combining dual-polarization amplitude modulation (DP-16-QAM) with spectrally efficient techniques to enable each channel to transmit at 256 Gbps. The integration adapts system performance using digital signal processing and signal degradation compensation techniques tailored for turbulence, atmospheric attenuation, and channel fading. To address this problem, an enhancement at the receiver side is proposed to be integrated in the form of a high-order Gaussian low-pass filter positioned before the signal enters the DSP to alleviate the effects of the atmosphere further. This approach helps to mitigate attenuation effects and enables more accurate and faster signal processing. We demonstrate, through numerical simulations, that 2.048 Tbps can be effectively transmitted over FSO connection ranges from 2.18 kilometers up to 111 kilometers, achieving acceptable bit error rates under varying meteorological conditions. We demonstrate the system's higher bit rate and range by comparing its performance to previous efforts. The proposed technology can be implemented to guarantee dependable high-speed data transfers for both front and backhaul networks, even under the most challenging meteorological conditions. Additionally, this system's capacity and resilience to harsh weather conditions make it suitable for emerging systems, such as the Internet of Things (IoT) and sixth-generation (6G) technology, ensuring seamless integration without significant modifications................ Keywords................. Free space optics (FSO), Atmospheric attenuation, Wavelength multiplexing (WDM), Dual-polarization multiplexing (DPM), Quadrature amplitude modulation (QAM), Bit error rate (BER).