SIMULATION STUDY OF FREE-SPACE OPTICAL COMMUNICATION SYSTEMS

Abstract

This study investigates the performance of Free-Space Optical (FSO) communication systems through simulations conducted using OptiSystem software. FSO technology, employing light beams for wireless data transmission, offers high-bandwidth and secure communication without physical infrastructure. The research specifically examines a system utilizing 16-Quadrature Amplitude Modulation (16-QAM) at a 10 Gb/s data rate. Performance analysis is carried out under various atmospheric conditions prevalent in El-Oued, Algeria, including clear weather, fog, rain, and dust storms. The study evaluates three common FSO wavelengths: 850 nm, 1310 nm, and 1550 nm, assessing key performance indicators such as Q-factor and Bit Error Rate (BER) to determine signal quality and system reliability. Simulation results reveal that the 1550 nm wavelength exhibits superior performance, maintaining robust signal integrity and minimal error rates even under moderate weather impairments. In contrast, the 850 nm and 1310 nm wavelengths demonstrate significant degradation in the presence of fog and dust. The findings of this research suggest that the 1550 nm wavelength is the most appropriate for FSO deployment in arid environments like El-Oued. Furthermore, the study indicates the potential of employing techniques such as spatial diversity or adaptive modulation to enhance the overall reliability of FSO systems in such challenging climatic conditions.تستعرض هذه الدراسة أداء أنظمة الاتصالات البصرية في الفراغ من خلال محاكاة أجريت باستخدام برنامج . OptiSystem تعتمد تقنية الاتصال البصري في الفرا غ على حزم ضوئية لنقل البيانات لاسلكيًّا، مما يُتيح اتصالات عالية النطاق الترددي وآمنة دون الحاجة إلى بنية تحتية مادية. تتناول البحوث نظامًا يستخدم تقنية 16 - QAM تعديل الاتساع الرباعي بسرعة نقل بيانات قدرها 10 جيجابت/ثانية . يتم تحليل الأداء في ظل ظروف جوية متعددة سائدة في ولاية الوادي بالجزائر، تشمل الأجواء الصافية والضباب والأمطار وعواصف الغبار. تقيّم الدراسة ثلاث أطوال موجية شائعة في نظم الاتصال البصري في الفراغ 850: نانوم تر، 1310 نانومتر، و 1550 نانومتر، مع التركيز على مؤشري الأداء الرئيسيين، وهما عامل الجودة ومع دل خطأ البتات، لتحديد جودة الإشارة وموثوقية النظام . أظهرت نتائج المحاكاة تفوق الطول الموجي 1550 نانومتر من حيث الحفاظ على سلامة الإشارة وانخفاض معدل الأخطاء حتى في ظل الاضطرابات الجوية المتوسطة. على النقيض من ذلك، سجلت الأطوال الموجية 850 نانومتر و 1310 نانومتر تدهورًا ملحوظًا في الأداء عند وجود الضباب والغ بار . تشير نتائج هذه الدراسة إلى أن الطول الموجي 1550 نانومتر هو الأنسب لنشر نظم الاتصال البصري في الفراغ في البيئات القاحلة مثل الوادي. كما تبرز الدراسة إمكانية استخدام تقنيات مثل التنوع المكاني أو التعديل التكيفي لتحسين الموثوقية الإجمالية لهذه النظم في مثل هذه الظروف المناخية الصعبة .