Scintillation and bit error rate performance comparison of bottle and sine hollow beams

Abstract

Bu çalışma kaynak düzleminde şişe ve sinus oyuk ışınları kullanan kablosuz optik haberleşme hatlarında parıldama davranışı ve hata olasılığı tahminini içermektedir. Haberleşme linki üzerindeki performasına ek olarak, şişe ışınının yayılma ve kurtosis parametresi de analiz edilmiştir. Şişe ışının parıldamasının analitik türetimi Rytov parıldama teorisinden faydalanarak yapılmıştır. Denklemler çözülmesi çok zor olduğundan yayılma özellikleri, kurtosis parametresi, parıldama tahmini ve hata olasılığı değerleri rastgele faz tabakaları yöntemi kullanılarak elde edilmiştir. Aynı merthodu kullanara sinus oyuk ışınının da parıldama ve bit hata oranı hesaplanmıştır. Sonuçlarımız gösteriyor ki, asimetrik şişe ışınlarının parıldaması aynı şartlarda karşılık gelen simetrik ışınlara nazaran daha azdır. Bu da bize asimetrik ışınların sabit sinyal gürültü oranında daha düşük bit hata oranına sahip olduğunu sonucunu getirmektedir. Zayıf türbülansta sinüs oyuk ışınının parıldaması Gaussian ışınından daha az olduğu için, bu ışın zayıf türbülansta bit hata oranı bakımından daha vantajlı görünmektedir. Parıldama sonuçları küresel dalga ile karşılaştırılmış ve elde edilen hata olasılığı değerleri analitik formül ile kaşılaştırılıp bu çalışmada çizilmiştir.

This thesis involves scintillation behavior, and probability of error estimation of optical wireless communication links using bottle and sine hollow beams on the source plane. In addition to performance over communication link, propagation and kurtosis parameter of bottle beams are analyzed as well. Analytical derivation of scintillation of bottle beam is performed utilizing Rytov scintillation theory. Since equations becomes too complicated to solve intensity profiles, kurtosis parameter, scintillation estimation, and probability of error values of selected bottle beams are obtained benefiting from random phase screen approach. Utilizing the same method, scintillation index and bit error rate(BER) of sine hollow beam are evaluated too. Our results show that asymmetric bottle beams have less scintillation value under the same conditions as compared to corresponding symmetric ones. This brings us, asymmetric bottle beams have less bit error rate when signal to noise ratio is constant. Since, scintillation index of sine hollow beam becomes less than Gaussian beam in weak turbulence, this beam seems advantageous considering BER for weak turbulence. Scintillation results are compared with spherical wave and obtained probability of error values are compared with the analytical formula and plotted in this study.