Published January 1, 2019
| Version v1
Publication
Open
A Simplified Form of Beam Spread Function in Underwater Wireless Optical Communication and its Applications
Description
Underwater wireless optical communication (UWOC) refers to the transmission of data in unguided water medium through optical carriers. Beam spread function (BSF) characterizes the amount of light irradiance received at the receiver as a function of receiver's distance from main beam axis for a particular link length. The existing form of BSF includes multiple integrals which are burdensome to use for mathematical analysis. Because of this, it gets very difficult to employ the existing form of BSF to derive non-integral expressions for bit error rate (BER), capacity, and outage probability of UWOC systems. Moreover, it is very difficult to find any insight into the UWOC systems based on this integral form of BSF. In this paper, we derive a simplified power series expression of BSF by solving the existing integral form. Closed-form expressions of BSF with some approximations, which simplify the derived power series expression, are also provided as special cases. Important insights regarding the behavior of BSF are also obtained from the derived simplified forms. Furthermore, closed-form expressions of BER, capacity, and outage probability of the UWOC system, taking the effect of scattering, absorption, and misalignment in consideration, are also derived.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
يشير الاتصال البصري اللاسلكي تحت الماء (UWOC) إلى نقل البيانات في وسط مائي غير موجه من خلال الناقلات البصرية. تميز وظيفة انتشار الشعاع (BSF) كمية إشعاع الضوء المستقبلة في جهاز الاستقبال كدالة على مسافة جهاز الاستقبال من محور الشعاع الرئيسي لطول رابط معين. يتضمن الشكل الحالي لإطار التوازن بين الجنسين العديد من التكاملات التي تشكل عبئًا ثقيلًا لاستخدامها في التحليل الرياضي. ولهذا السبب، يصبح من الصعب جدًا استخدام الشكل الحالي لـ BSF لاشتقاق التعبيرات غير المتكاملة لمعدل خطأ البت (BER) والسعة واحتمال انقطاع أنظمة UWOC. علاوة على ذلك، من الصعب للغاية العثور على أي نظرة ثاقبة لأنظمة UWOC بناءً على هذا الشكل المتكامل من BSF. في هذه الورقة، نستمد تعبيرًا مبسطًا عن سلسلة الطاقة لـ BSF من خلال حل الشكل المتكامل الحالي. كما يتم توفير تعبيرات مغلقة الشكل لـ BSF مع بعض التقريبات، والتي تبسط تعبير سلسلة الطاقة المشتقة، كحالات خاصة. يتم أيضًا الحصول على رؤى مهمة فيما يتعلق بسلوك BSF من النماذج المبسطة المشتقة. علاوة على ذلك، يتم أيضًا اشتقاق تعبيرات الشكل المغلق عن BER والسعة واحتمال انقطاع نظام UWOC، مع مراعاة تأثير التشتت والامتصاص وعدم المحاذاة.Translated Description (French)
La communication optique sans fil sous-marine (UWOC) fait référence à la transmission de données dans un milieu aquatique non guidé via des supports optiques. La fonction d'étalement du faisceau (BSF) caractérise la quantité d'irradiance lumineuse reçue au niveau du récepteur en fonction de la distance du récepteur par rapport à l'axe du faisceau principal pour une longueur de liaison particulière. La forme existante de FBS comprend plusieurs intégrales qui sont lourdes à utiliser pour l'analyse mathématique. Pour cette raison, il devient très difficile d'utiliser la forme existante de BSF pour dériver des expressions non intégrales pour le taux d'erreur binaire (ber), la capacité et la probabilité de panne des systèmes UWOC. De plus, il est très difficile de trouver un aperçu des systèmes UWOC basés sur cette forme intégrale de FBS. Dans cet article, nous dérivons une expression de série de puissance simplifiée de BSF en résolvant la forme intégrale existante. Les expressions de forme fermée de BSF avec quelques approximations, qui simplifient l'expression de la série de puissance dérivée, sont également fournies en tant que cas spéciaux. Des informations importantes concernant le comportement du FBS sont également obtenues à partir des formulaires simplifiés dérivés. En outre, des expressions de forme fermée du TEB, de la capacité et de la probabilité de panne du système UWOC, prenant en compte l'effet de diffusion, d'absorption et de désalignement, sont également dérivées.Translated Description (Spanish)
La comunicación óptica inalámbrica subacuática (UWOC) se refiere a la transmisión de datos en un medio acuático no guiado a través de portadores ópticos. La función de propagación del haz (BSF) caracteriza la cantidad de irradiancia de luz recibida en el receptor en función de la distancia del receptor desde el eje del haz principal para una longitud de enlace particular. La forma existente de BSF incluye múltiples integrales que son difíciles de usar para el análisis matemático. Debido a esto, se hace muy difícil emplear la forma existente de BSF para derivar expresiones no integrales para la tasa de error de bits (Ber), la capacidad y la probabilidad de interrupción de los sistemas UWOC. Además, es muy difícil encontrar información sobre los sistemas UWOC basados en esta forma integral de BSF. En este documento, derivamos una expresión de serie de potencias simplificada de BSF resolviendo la forma integral existente. Las expresiones en forma cerrada de BSF con algunas aproximaciones, que simplifican la expresión de la serie de potencias derivada, también se proporcionan como casos especiales. También se obtienen conocimientos importantes sobre el comportamiento del BSF a partir de las formas simplificadas derivadas. Además, también se derivan expresiones de forma cerrada de Ber, capacidad y probabilidad de interrupción del sistema UWOC, teniendo en cuenta el efecto de dispersión, absorción y desalineación.Files
08765706.pdf.pdf
Files
(245 Bytes)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:9dd6cf73fe42c75244ee6fb19d351666
|
245 Bytes | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- شكل مبسط لوظيفة انتشار الشعاع في الاتصالات البصرية اللاسلكية تحت الماء وتطبيقاتها
- Translated title (French)
- Une forme simplifiée de fonction d'étalement du faisceau dans la communication optique sans fil sous-marine et ses applications
- Translated title (Spanish)
- Una forma simplificada de la función de propagación del haz en la comunicación óptica inalámbrica submarina y sus aplicaciones
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W2963280730
- DOI
- 10.1109/access.2019.2929738
References
- https://openalex.org/W1556909464
- https://openalex.org/W1965073725
- https://openalex.org/W1977138316
- https://openalex.org/W1985450157
- https://openalex.org/W1999392260
- https://openalex.org/W2010187265
- https://openalex.org/W2012864751
- https://openalex.org/W2018481693
- https://openalex.org/W2034845999
- https://openalex.org/W2040660326
- https://openalex.org/W2043832411
- https://openalex.org/W2064494994
- https://openalex.org/W2075640156
- https://openalex.org/W2087544031
- https://openalex.org/W2097548040
- https://openalex.org/W2099651019
- https://openalex.org/W2100758682
- https://openalex.org/W2103475490
- https://openalex.org/W2105861984
- https://openalex.org/W2107462665
- https://openalex.org/W2111201239
- https://openalex.org/W2129879516
- https://openalex.org/W2130204725
- https://openalex.org/W2135238665
- https://openalex.org/W2140921653
- https://openalex.org/W2149472588
- https://openalex.org/W2152966047
- https://openalex.org/W2161062967
- https://openalex.org/W2161080764
- https://openalex.org/W2167590781
- https://openalex.org/W2168198891
- https://openalex.org/W2170984917
- https://openalex.org/W2215893845
- https://openalex.org/W2330438474
- https://openalex.org/W2336491352
- https://openalex.org/W2532582639
- https://openalex.org/W2540432701
- https://openalex.org/W2542169461
- https://openalex.org/W2577421398
- https://openalex.org/W2593223214
- https://openalex.org/W2607000399
- https://openalex.org/W2619919555
- https://openalex.org/W2963523009
- https://openalex.org/W4241156718
- https://openalex.org/W652044841