Loading...

An Application of Error Correction in Underwater Wireless Optical Communication

Taghipour, Milad | 2021

413 Viewed
  1. Type of Document: M.Sc. Thesis
  2. Language: Farsi
  3. Document No: 54626 (05)
  4. University: Sharif University of Technology
  5. Department: Electrical Engineering
  6. Advisor(s): Salehi, Jawad
  7. Abstract:
  8. Today's interest growth to the underwater explorations and navigations demands to design appropriate underwater communication methods and systems is strongly felt. Although radio frequencies which are widely used in free space communications, they cannot be a decent candidate for underwater wireless communications, due to their sever attenuation in water environment. On the other hand, underwater acoustic communications has been widely studied and implemented in past decades, because of little attenuation in comparison with other means of communications in water environment. However, acoustic communications suffer from limited bandwidth, low propagation speed, and low security in compared with optical communications. Therefore, underwater wireless communication is a powerful candidate which can satisfy our today's requirements: large data transmission, high speed transmission, and secure transmission in underwater communication.Despite all the interesting features of the UWOC systems, underwater optical communication simply have the ability to communicate through ranges that are typically less than 100 meters, which decrease their widespread usage. This is mainly because of the absorption, scattering, and fading effects of the channel on the propagation of optical signals. This research is inspired by the need to increase the communication distance of UWOC systems. We propose schemes to alleviate the aforementioned impairments of the channel, with concenteration on the mitigation of turbulence-induced fading. In recent years, fading effects of the free space optical communication(FSO) systems have been comprehensively studied. Additionally, such numerous techniques as error-correction codes, multiple-input multiple-output(MIMO), and relay-assisted FSO systems have been proposed to compensate attenuation as well as fading impairments. However, to the best of our knowledge, the beneficial applications of error correction codes and other mentioned techniques on the performance of UWOC has not been studied yet, which is the focus of this thesis.Propagation of light in underwater medium substantially differs from that of free space, which necessitates comprehensive study of light in underwater medium. Hence, first, we study the effects of underwater channels on the propagation of optical signals and simulate the UWOC channel impulse response by using Monte-Carlo numerical method. Then, investigate the effect of pointing error which is common and has substantial effects on the optical communications. Also, we optimize outage channel capacity over the beam-width of optical signals by considering pointing error of transmitter and receiver. Next, we consider a relay assisted UWOC system with bit-detect-and-forward (BDF) strategy and conclude that multi-hop transmission provides a significant performance enhancement by reducing all impairing effects of the channel, that is, absorption, scattering, and fading. Finally, we consider some error correction codes as a powerful source for compensating disturbing effects of underwater medium, which improves the length of reliable communications significantly. , we derive the system bit error rate (BER) expressions using photon-counting approach and verify the results with computer simulations
  9. Keywords:
  10. Error Correction ; Bit Error Rate ; Relaying Strategies ; Photon-Count Method ; Underwater Wireless Optical Communication Systems ; Wireless Optical Communication

 Digital Object List

 Bookmark

  • مقدمه
  • مفاهیم و مقدمات پیش‌نیاز
    • مقدمه
    • سیستم‌های مخابرات نوری
      • آشکارسازهای نوری
      • فرآیند پوآسون
      • نویز ساچمه‌ای
      • حد کوانتومی
    • انواع نویز در سیستم‌های مخابرات نوری بی‌سیم زیر آب
      • نویز پس‌زمینه
      • نویز جریان تاریک
      • نویز حرارتی
      • نویز ساچمه‌ای سیگنال
    • روش‌های مرسوم محاسبه‌ی احتمال خطا در سیستم‌های مخابرات نوری
      • گیرنده شمارش‌گر فوتون
      • تقریب نقطه‌ی زینی
      • تقریب گوسی
    • رابطه‌ی بین تبدیل لاپلاس و تبدیل Z
    • جمع‌بندی
  • کانال مخابرات نوری زیر آب
    • مقدمه
    • جذب و پراکندگی کانال مخابرات نوری زیرآب
      • تعریف برخی از ویژگی ‌های نوری ذاتی
      • تابع پراکندگی حجمی انواع مختلف آب‌ها
    • شبیه سازی پاسخ ضربه‌ی بدون فیدینگ کانال مخابرات نوری زیر آب به کمک روش مونت کارلو
    • فیدینگ در کانال مخابرات نوری زیر آب
    • نتایج شبیه سازی
    • نتیجه‌گیری‌
  • بهینه سازی ظرفیت کانال با در نظر گرفتن ارتعاشات مکانی
    • مدل سازی کانال
      • مدلسازی ارتعاشات مکانی
      • تابع چگالی احتمال کانال
    • ظرفیت کانال
    • احتمال قطعی و طراحی سیستم
      • بهینه سازی عرض بیم
    • نتیجه گیری
  • تکنیک رله‌گذاری
    • مقدمه
    • مدل سازی سیستم UWOC به کمک رله
    • تحلیل احتمال خطای سیستم UWOC به کمک رله
      • BER شرطی گره‌ی i ام
      • تحلیل متوسط احتمال خطای بیت انتها به انتها
    • نتیجه شبیه‌سازی کامپیوتری
  • کد های تصحیح خطا
    • مقدمه
    • کد‌های خطی
      • کدهای BCH
      • کدهای ضربی
        • نتیجه شبیه‌سازی کد ضربی
      • کدهای رید-سالامون
        • کدگذاری رید-سالامون
        • نتیجه شبیه‌سازی کد رید-سالامون
    • Log Likelihood کانال‌های نوری
    • مفاهیم مورد نیاز تئوری اطلاعات
      • آنتروپی و اطلاعات متقابل
      • کدینگ کانال
    • دیکدینگ کد‌های قطبی
      • مقدمه
      • فرمول کردن دیکودر SC
    • دیکدینگ در فضای بهینه SC
    • دیکودر SCL
      • تابع سطح پایین
      • توابع سطح میانه
      • توابع سطح بالا
    • نتیجه گیری
  • نتیجه‌گیری و پیشنهادات
    • کار‌های آینده و پیشنهادات
  • مراجع
...see more