Spatial diversity techniques are now widely adapted in most wireless radio-frequency communication systems to increase robustness against signal fading, and also attract a considerable amount of attention in free-space optical (FSO) communications which is a cost-effective and high bandwidth access technique. On downlink, optical device cost and power consumption considerations indeed favor transmit diversity over receive diversity, and orthogonal space-time block code (OSTBC) appears to be most well-known transmit diversity scheme. However, OSTBC loses 3 dB in terms of total transmit power with respect to ideal power allocation transmit diversity technique which requires perfect channel state information at the transmitter.
In this thesis, we present a simple scheme to establish reliable communication through recovering the power loss using partial feedback for FSO links with intensity modulation and direct detection over log-normal atmospheric turbulence-induced fading channel. We also consider the deployment of other conventional transmit diversity techniques including equal power transmit diversity and switching transmit diversity as benchmarks. Simulation results show that most of the power loss is restored, and the proposed scheme performs very close to ideal performance outperforming other techniques.
공간 다이버시티 기법은 근래 대부분의 라디오 주파수 자원을 이용한 무선 통신 시스템에서 신호의 세기를 약화시키는 페이딩 현상의 영향을 줄이는 방법으로 널리 사용되고 있고, 이는 광원을 사용하는 자유공간 광통신 환경에서도 상당히 많은 주목을 받고 있다. 공간 다이버시티 기법들 중, 특히 자유공간 광통신 하향링크 환경 하에서는 광통신 장비와 전력 소비를 감안하여 수신단 측의 다이버시티 보다 송신단 측의 다이버시티를 더욱 선호하는 추세이며, 이에 시공간 직교 블럭 부호는 가장 널리 알려진 송신 다이버시티 기법으로 대두되고 있다. 그러나 시공간 직교 블럭 코드는 송신 전력 손실이 없는 이상적인 하이브리드 전력 송신 다이버시티와 비교해 볼 때, 송신 전력, 즉 신호 대 잡음 비 이득 측면에 대해 3 dB의 손실을 가지고 있다. 다만 이상적인 하이브리드 전력 송신 다이버시티의 경우 송신단 측에서 완벽한 채널 상태 정보가 요구된다는 점이 있다.
본 논문에서는 수신단에서 송신단으로의 피드백이 가능한 경우, 이를 사용하는 최적의 방법에 대해 연구하였으며, 이에 대기 난류로부터 야기되는 로그 정규분포의 페이딩 채널 하에 광원의 세기 변조와 광 세기 직접 검출 방식을 사용한 자유공간 광통신 링크에서 부분적인 피드백을 사용하여 신뢰성이 보장된 통신 환경을 구축하는 기법을 제시하였다. 이 외에도 동등 전력 송신 다이버시티 및 스위칭 송신 다이버시티와 같은 다른 송신 다이버시티 기술에 대한 전개도 벤치마크로서 고려하였다. 시뮬레이션에서는 제안된 방법을 사용함으로써 대부분의 전력손실이 복구되었으며, 다른 기술들의 성능을 능가함과 동시에 이상적인 성능에 근접하는 결과를 보였다. 이는 제안된 방법에서 사용된 채널 상태 정보의 양자화에 의한 성능 하락의 영향이 거의 없다는 것과 함께 제안된 방법이 특정 심한 난류 페이딩 환경에서도 신호 대 잡음 비 이득의 향상과 함께 효과적이라는 것을 증명한다고 할 수 있다.
