Performance Analysis of FSO/RF Relaying Schemes

Performance Analysis of FSO/RF Relaying Schemes. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img] PDF (MS Thesis)
Full-Ready CD .pdf - Accepted Version
Restricted to Repository staff only until 14 July 2022.

Download (3MB)

Arabic Abstract

تبحث هذه الأطروحة في احتمال انقطاع شبكة ترحيل متنوعة بمرحلتين تردد بصري (FSO) / تردد راديوي (RF) تستخدم مرحلات متعددة لإرسال رسالة المصدر إلى الوجهة. يأخذ نموذج النظام في الاعتبار مخطط يعتمد على فك الترميز وإعادة الإرسال (DF) تحت تأثير مصادر تشويش متعددة في مستقبل الوجهة. هذاالنظام يستخدم قناة بتوزيع Gamma-Gamma اخذا تأثير الخطأ في الحسبان لتمثيل إشارة FSO في أول قفزة باستخدام كل من مستقبلات الكشف المباشر (IM-DD). التردد الراديوي يتبع نموذج توزيع Rayleigh. تم اشتقاق تعبير صيغة رياضية لاحتمال الانقطاع ، بالإضافة إلى دراسة أداء النظام عند قيم نسبة الإشارة إلى الضوضاء (SNR) المرتفعة نسبيا، حيث يتم اشتقاق تعبير رياضي تقريبي لاحتمال الانقطاع. ومنه تم استخلاص ترتيب التنوع وكسب الترميز للنظام وتحليلهما في هذه المنطقة. وقمنا بإجراء تخصيص الطاقة لكل من المصدر والمرحل لتحسين أداء احتمال الانقطاع. تم التحقق من دقة النتائج باستخدام محاكاة Monte-Carlo. تظهر النتائج بشكل أساسي أنه في الاضطرابات الجوية الضعيفة ، تهيمن روابط التردد اللاسلكي على أداء النظام وهذا يؤدي إلى ترتيب تنوع يساوي عدد المرحلات (K) ، بينما في ظل الظروف القاسية ، يكون ترتيب التنوع هو ضرب (K) و أدنى قيمة بين معامل أخطاء التوجيه ومعاملات اضطرابات FSO. بالإضافة إلى ذلك ، قمنا بدراسة أداء شبكة FSO / RF متعددة المستخدمبن بمرحلتين والتي توظف المرحل كمستخدم ثانوي لإرسال رسالة المصدر إلى الوجهة. يأخذ نموذج النظام في الاعتبار مخطط DF مع اثنين من القيود على سيناريو الراديو المعرفي Cognitive. في هذا النموذج ، تم استخدام توزيع Gamma-Gamma مع تأثير خطأ التوجيه لتمثيل قناة اتصال FSO في أول قفزة بتعبير رياضي يضم كل من مستقبلات هيتروداين و IM-DD. و بافتراض أن التردد الراديوي وقناة التداخل يتبعان نموذج توزيع Rayleigh. تم اشتقاق تعبير رياضي لاحتمال الانقطاع ، بالإضافة إلى دراسة أداء النظام عند قيم SNR عالية ، حيث تم اشتقاق تعبير تقريبي لاحتمال الانقطاع. أيضا ، تم الحصول على ترتيب التنوع وكسب الترميز للنظام وتحليلهما في هذه المنطقة. أظهرت النتائج بشكل أساسي أنه في الاضطرابات الجوية الضعيفة ، يهيمن تأثير رابط التردد اللاسلكي على أداء النظام.

English Abstract

This thesis investigates the outage probability of dual-hop mixed free space optical (FSO) /radio frequency (RF) relaying network that uses multiple relays for sending the source message to the destination. The system model considers a decode-and-forward (DF) relaying scheme with the influence of multiple interferences at the destination node. In this system, we consider a Gamma-Gamma distributed channel model with the effect of pointing error to represent the FSO links at the first hop with both intensity modulation-direct detection (IM-DD) receivers, Input-Independent and cost-dependent IM-DD. The RF links and the interferences are assumed to follow Rayleigh distribution fading model. A closed-form expression is derived for the outage probability, in addition to studying the system performance at high signal-to-noise ratio (SNR) values, where an approximate asymptotic expression for the outage probability is derived. Also, the diversity order and coding gain of the system are obtained and analyzed in this region. Power allocation for the source and relay powers is performed to optimize the outage probability performance. The exact and asymptotic results are validated using Monte-Carlo simulation. The results mainly show that in weak atmospheric turbulences, the RF links dominate the system performance and this leads to a diversity order that equals the number of relays (K), while under severe conditions, the diversity order is a multiplication of K and the minimum of the FSO fading and pointing errors parameters. Additionally, we investigate the outage probability of dual-hop Multiuser mixed FSO/RF relaying network that uses underlay secondary user as a relay for sending the source message to the destination. The system model considers a DF relaying scheme with two constraints on the cognitive scenario. In this scheme, we consider a Gamma-Gamma distributed channel model with the effect of pointing error to represent the FSO link at the first hop with both IM-DD receivers, Input-Independent and cost-dependent IM-DD. The RF link and the cognitive interference channel are assumed to follow Rayleigh distribution fading model. A closed-form expression is derived for the outage probability, in addition to studying the system performance at high SNR values, where an approximate asymptotic expression for the outage probability is derived. Also, the diversity order and coding gain of the system are obtained and analyzed in this region. The results mainly show that in weak atmospheric turbulences, the RF link dominate the system performance.

Item Type: Thesis (Masters)
Subjects: Engineering
Electrical
Department: College of Engineering and Physics > Electrical Engineering
Committee Advisor: Zummo, Salam
Committee Members: Zerguine, Azzedine and Al-Ghadhban, Samir and Al-Dharrab, Suhail
Depositing User: HAMZA SIDDIG (g201408300)
Date Deposited: 14 Jul 2020 11:10
Last Modified: 14 Jul 2020 11:10
URI: https://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/141667