Int ern at i onal  Journ al of Ele ctrical  an d  Co mput er   En gin eeri ng   (IJ E C E)   Vo l. 8 ,  No. 6 ,  D ece m ber   201 8 , pp.  5107 ~ 51 17   IS S N:  20 88 - 8708 ,  DOI: 10 .11 591/ ijece . v 8 i 6 . pp 5107 - 51 77     5107       Journ al h om e page :  http: // ia es core .c om/ journa ls /i ndex. ph p/IJECE   Establis hm ent Netwo rk by U sing F SO Link  Based  on MD  Code  for  Hybr id S CM - SAC - OC DMA   W i r eless S ystem       Ra s hid  Ali Fa yadh 1 ,  M ou s a K. W ali 2 ,  Meh di F. B on ne ya 3   1 Depa rte m ent of   Elec tr ical  Pow e r   Engi n ee ring ,   Coll eg e  of   Elec tr i ca l   Engi n ee r ing Te chn ique s,     Middle   Te chn ica l  Univer si t y ,   Ira q   2 Depa rte m ent of   Medical   Instru m int at ion   Engi n ee ring ,   Co ll eg e of  Elec tr ical Eng ine er ing  T ec hn iq ues,     Middle   Te chn ica l  Univer si t y ,   Ira q   3 Depa rte m ent of   Elec tr ic al   and  E le c troni c ,   Kut   T e chni c al   Inst it ut e, Middl e   T ec hni c al   Univ ersity ,   Ir a q       Art ic le  In f o     ABSTR A CT   Art ic le  history:   Re cei ved   A ug   19 , 201 7   Re vised  Ju l   16 ,  201 8   Accepte d  J ul  30 , 2 01 8       Since   the   wir eless   sy st ems   are   working  under   nat ure   env iron m ent s  and   infl uen ce d  b y   tu rbule nc e,  wea th er  in   Ira q   th at   l ea ds  to   ex te nde d  amount  o f   fad ing  signal,   dissipat ion  or  at te nu at ion .   Basic   “ h y bri d  Subcar rie r   Multi pl y ing   Sp ec tr al   Am pli tud e  Coding  (SCM - SA C)  of   O pti c al   Code  Division  Multi p le   Ac ce ss   (OCD MA )"  indoor  or  outd oor  opt i ca l  s y st em  depe nds  on  g eneral l y   “ Mult i - Dia gonal   (MD )"  sec urity   cod e  b y   using  optica l   spac e  known  as  “ Free   Space   Opt ic   (FS O)"   tha t  w as  proposed  in  t his  work.  It   is  found  tha t  the  m ent ion  h y brid   wire le ss   s y st ems   ca n  be  used  in   oper ating   m esh  net works .   The  m ai n  prop osed  idea  of   h ybrid  opt ic a l  t echnique   wa s   ana l y z ed  and  si m ula te d  b y   nor m al l y   t aki ng  in t o  sim ula ti on  ac c ount  tha t  th e   dire c tly   e ffe c ti n g  b y   r ai n  and   haz e   attenu at i ons.  In  additio n,   the r e  a re   m ent ion  and  d esc ription  for  at m ospheric   eff ec ts,  FS O  m esh  net work,   m odula ti on  sch eme,   sim ula t ion ,   and   the  data   sec urity .   From   sim ula ti on   result s,  the  h y br id  s y st em  using   MD   code  prod uce s  red u ce d   “ bit - err or   ra te   (BER)"  at  hea v y  storm   rai n  to   di stanc e   or  ran g e  of  500  m   and  at   driz z le   r ain   up  to  2500  m   ran ge.   And  al so   inve stig at es  th e  per form ance  of  using  the  proposed  s y stem   with  r adi o  ov er fibe r  (RoF) for   UW B  signal s thr ough  indoor  propa gation  in   b uil ding appl ic a tions   of  wire l ess channel.   Ke yw or d:   Fr ee  Sp ace  Op ti cs   Mult i - Diag on a l, OCD M A   Ra dio   O ver   Fiber   SCM - SA C - OC DMA   U W B  Tech nolog y   Copyright   ©   201 8   Instit ut e  o f Ad vanc ed   Engi n ee r ing  and  S cienc e .    Al l   rights re serv ed .   Corres pond in g  Aut h or :   Ra sh id  Ali Fay adh ,    Dep a rtem ent o f  Ele ct rical  P ower  Enginee rin g,   Mi dd le  Tec hnic al  U ni ver sit y,   Al - D ora R oad,  Colle ge  of Ele ct rical  Enginee rin g  Tec hn i que s,  Ba gh dad,  Ir a q.   Em a il : rash idfa ya dh47@ gm ail.co m       1.   INTROD U CTION   Re centl y,  the  FSO   is  bec omi ng   wi de  us e d  and   nowa days   ver y  i m po rta nt   fo r  com m un ic at ion .  T his  FSO   is  a   te ch no l og y  of   la se r - dr i ven   t hat  is  suppo rting   wide  ba ndwidt h  ra nge.  T his  te chnolo gy  is  easy   to   instal l  fo r  op ti cal   connecti ons  for  the  f ree  li cense,  la st - m il e,  ca m pu s  en vir on m ents,  an d  hi gh   sec ur it y.  In  add it io n,  the  F SO   is   an   im po rtant  s olu ti on  of  the  re qu ire d  cost - e ff e ct ive,   gro wing  popu la rity   of   l ow  c os t  or  inex pensi ve  c onnecti on  cl ie nts,  sec ur e   wi reless  net wor ks  in  outd oor ,  and  m uch   en ha nced  by  the   Ra dio   Fr e qu e ncy  (RF )  te chn i qu e .  Techn ic a l  hybri d  Ra dio   over  fib er  (RoF)   of  SAC - OCDM A  w as  propose d  to  carr y   ov e r  lo ng   dista nce  the  high  da ta   capaci ty   of  dig it al   inform at ion   ove r  li nk  of   fi ber   protec te d  an d  m axi m iz e  or   op ti m iz e the dat a a m ou nt  and  incr ease  the  nu m ber  of tra nsm issi on  users  a s in   [1 ] .     The  “hyb rid  s ub ca rr ie r  m ult iply ing   SCM - SA C - OCDM A "  op ti cal   syste m   that  based   on   m ulti - diag on al   secu r it y  data  co de  by   us in g  li nk  of   fibe r  is  i nvest igate d  for  redu ci ng   t he  “m ulti - acce ss  i nterf e ren c e   (MAI)"  with  w irel ess  high  prop a gated  data  bit  rate  and   tha t  le ads  to  incre ase  the  nu m ber   of   def i ned   ar ea  for   act ive  or   co nn ect ed  us e rs  as  represe nted  an d  i m pr ove d  by work   of   [2 ]   th at   is  fo cusin g  i n  this  fiel d.   T he FSO  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
      IS S N : 2088 - 87 08   In t J  Elec   &  C om p  En g,   V ol.  8 , N o.   6 ,  Dece m ber   201 8   :   5107   -   5117   5108   op ti cal   syst e m s  are  sta rting   to  be  now ada ys  acce pted  in   the  pr ivate   or   m i li ta ry  m ark et place  as  a  no rm al   so luti on  to  re pl ace  an  ex pe nsi ve  fibe r  op ti c  to  be  base d  s ol ution s .  To   re duce  the  c os t - e f fecti ve  bet wee n  the   fiber   opti c  inf rastr uctur e  a nd  en d  us ers ,  the  com m un ic at ion   te ch no l ogy  of   FS O  wa s  pro du ce d  by   [3 ] .   More ov e r,   F S O  li nk s  a re  a  m od ern   em erg ing   op ti cal   te chnolo gy  w hich   has  bee n  f ound  their  a pp li ca ti on s  i n  long - ha ul  an d  sh ort   li nks   f or  com m un ic at ion s  sam e  as  “ W irel ess  L ocal  A rea  Netw ork  ( WL AN)",  an d  “Local  Ar ea   Net wor k  (L AN)".   I n  a dd it io n,  the  di sad van ta ge  of  FS O  is  suffe rin g  f r om   un e xp ect e d  a nd  s udde n  changin g  i n we at her  sit uati on s  [4].   In   t his  pa per,  m esh  netw ork   was  propose d  by  il lustrati ng  ori gi nal  “hy br i d  SCM - S A C - OCDM A"  op ti cal   syst e m   that  based   on   m ulti - diagona l  secur it y  cod e   with  the  FSO  li nk   to  pro vide   acce ss  real - ti m e  of   processi ng   c om m un ic at ion   betwee n  W L A N  co ntr ollers  and   li ghtwei ght  acce ss  op era ti ng   points  to  delive r   RoF  m anag em ent,  centrali ze d  secu rity   po li ci es,  secur e  of  syst e m ,  and   qual it y  of   serv ic e   (Q oS)  [ 5].  Als o  this  m esh  netw ork   was  desi gn e d  to  re duce  the  sp ace  at te nu at io ns   of   ra in  an d  haze  i n  the  opti cal   syst e m   perform ance  dep en ding  on   t he  tro pical   co nd it io ns   in  we at her   of  I raq   s ect or   [ 6].  I n  2002,  "t he  US   Fedral   Com m un ic at io ns   Com m issi o n  (F CC )"  li cen sed  the  s pectra l  fr eq ue ncy  ba nd   from   3. 1  G Hz  up  to  10. 5  GHz   with  "t ra ns m itt ed  power  le ss  than  - 41. 3  dB m /M Hz"  fo r   indo or   a nd  ou t door  wi reless  pro pag at io n  wi th  tw o  m ajo r  tech niqu es im pu lse  r adi o  a nd freq ue nc y divisio n  m ulti plexing  U W B   syst e m s.    This  pro pa gation  is  lim it ed  fo r  se ver al   m eter s  (less  th a n  30  m e te rs)   an d  increasi ng   t he  cov e ra ge  area   is  require d  f or  fu t ur e  a ppli cat ion s.  In  ad diti on,  to  im pr ove   the  avail abili ty   of   undisru pted  wi reless  se rv ic e   ov e r  dif fer e nt  netw orks,   ultra   wideb a nd  ove r  fibe r  te chnol og y  wa s  ch os e n  to  sho w  the  perform ance  of   the  pro po se d  syst e m   in  te r m s  of  reducin g  the  pro bab il it y  bit  error.  As  t he   wireless  netw orks  of   l ow   powe r  consum ption   a re  re quired   in  f uture  wi reless  te chnolo gy  an d  since   the  R oF  te ch nique  is  widely   us e d  over  t he  world ,  ultra  wi deb a nd - over  fi ber  ( U W B oF)  s yst e m   was  int egr at in g  t o  m ulti plex  the  rece ived  opti cal   sign al s .  This  te ch niqu e  is  m or e  su i ta ble  for  wi re le ss  netw ork  syst e m s  to  get  the  require m ents  of   lo w   power  consum ption ,  low cost , hig h d at a rate, lo w  c om plexit y, an d m or e u sers  du r ing   wireless  conn ect ivit y [ 7].    The  rem ai nd er   of   this  w ork  is  organ iz e d  an d  rep re sente d  as   fo ll ows.  Sect ion   2  sho ws  the   FSO   m esh  netw ork.   Sect ion   3  disp la ys  t he  syst em   desi gn.  Sect io n  4  de vo te s  for  s pec ific   sp ace  at te nuat ions  or  dist or ti on   of   natu re h aze  and   rain . S ect ion   5  p rese nts the  disc us sio n  a nd   res ults of  “ hybri d  SCM - S AC - OCDM A"  syst e m   by  us in g  MD  secur it y  co de  ver si on   base d  on   th e  FS O.   S ect ion   6  in dica te s  the  app li ca ti on   of  the  pro po s e d  syst e m . Co ncl us io ns  a re  giv e n  in  Secti on  7.       2.   FSO  MESH  NE TWORK   An  opti cal   te chn i qu e   of  us in g  the   m od er n  m esh  wireless   netw orks  was  begu n  in   nei ghbor hoods  of   sever al   sta te s  i n  the w orl d  est ablishin g  thei r  fr ee op e rati ng p ri vate  netw or ks   de pe nd  on  l ow - c os t,  fle xibi li t y  i n   exp a ns i on,  sel f - adm inist rati on,  an d  high d at a   rate.  T he  m esh  netw ork  of  hi gh  r ed unda nc y  degree  is  c om po sed  for  serial ly   sever al   of  interc onnected  m esh  node s  [ 8].  The  wa velen gt h  of  FS O  m es h  netw ork  s ho uld   be   chosen  to  ha ve   m ini m u m   abs orptio n  an d  the   atm os ph e ric  tr ansm issi on   window  is  desi gned  to  be  su it ab le   due   to  sp ace  at te nuat ion .  I n   the  F SO ,  the  wirele ss  netw ork  is  use d  su c h  a  pro pag at io n  br id ge   ov e r  co ver a ge   area.   In   F SO   m esh  netw ork,   eac h  node  in  t he  sy stem   is  con ta ct   or   c onnected   to  any  of  othe r  us e d  nodes ,   ei ther  directl y or i ndi rectl y by   series  of c onnecti on  hops .     Be tt er  per f or m ance  for  syst em   with  m or e   nu m ber   of   pro pa gation  nodes  [ 9 ] .  F ur the rm or e,  the  FS O  m esh  net work  offer s   easy   no de  with  higher   reli abili ty   and  it   is  no t  af fec ti ng   on  the  net work  that  is  ge tt ing   interr up t   in  a ny   pr e vious  no de,   a nd   restrict ing   the  rec e ption   or   t ransm is sion   ranges   by   natu ral  lim i ta t ion   at   changin g  weat her   c onditi ons  env i ronm ents  as  sho wn   i n  Fi g ure   1.   The  w eat her   c onditi ons  in   this  c ha nnel   are   cl assifi ed  into   three  cat eg or ie s  su ch  a s  ra in,  cl ouds,  a nd  cl ear  weath er.  Co ndit ion s   in  cl ear  w eat her   a re   char act e rized  by  low  at te nu at ion   an d  lo ng  visibil it y  wh il e  cl oudy  w eat her   are  c ha racteri zed  by  low  at te nu at io n,   short  visibil it y,  and   high  hum idit y.    In   this  work   we  co nc entrate  on  haz e  par ti cl es  an d  rai n  dro plets  wh ic h  are  c ha racteri zed  by  the  pr ese nce  of   ra in  or  haze   an d  they   ca n  pr oduce  se ve re  eff ect s   dep e ndin g on r ai nf al l rate . Be cause  of these  conditi ons,  t he re is free s pace  loss (L s ) de fin es the si gn al  st rengt h  dep e ndin g on  wav el e ng t h ( )  and  visibil it y rang e  (V)  is  give n by [ 10]     () 4 s L V                   (1)   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec & C om p  Eng   IS S N:  20 88 - 8708     Estab li s hm e nt  Ne tw or k b y   U s ing   FS O Li nk Base d on M D C od e  for Hy br i d  …   ( R as hi d  Al i Fay adh )   5109       Figure  1. The   pro po se d  im ple m entat ion   of   FSO net work       3.   SY STE M DESIGN   In   this  w ork,   t he  pro pose d  syst e m   of   SCM - SA C - OCDM A   wireless  net w ork  wa s  desi gned  an d  us in g  MD  cod e  th at   is  sh own  in  Figure  2.  In   tr ansm itter  side,   the  extern al   opti cal   m od ulator  ( EOM)  is  use d  t o  com bin e  data  rate  with  sig na ls  of   in de penden t  un i po la r  of   c omm un ic at ion   di gital   sign al   an d  to  the   code   seq uen ce  they   are  op ti cal ly   m od ulate d[ 11 ] .An  EOM  s uch   as  m od ul at or   filt er  of  “M ach – Ze hnde r"  is   connecte d   to m erg e  the c ode s equ e nces  w it h  the RF si gn al s  tog et he r  a nd tr ansm it s o ver  F SO  li nk  [9 ] . W hile i n  the  othe r  si de  of   wireless  rec ei ver ,  t he  opti cal   sp li tt er  des ign   is  util iz ed   for   se par at ing   cod e   seq ue nc es  of  diff e re nt  m odulati on .  “Fi ber  Bragg   G rati ng  (F B G )  opti cal   filt ers"  ca n  be   us e d  to   filt er  the  M D  co de   seq uen ces  a nd  trans ferrin g  th ese  seq uen ces  t o  the  ph oto - det ect or   ( PD)  as  a   sens or   at   the  ot her   side o f  rec ei ver  [1 2 ] .  The refo r e,  sign al s  of   t he  SCM   are  c om bin ed  or  m i xed   with  each  seq uen ce  of   M D  co de  an d   th ey   ar e   sp li tt ing   by  usi ng   e quipm ent  of  el ect rical   sp li tt er  with  “ band  pass  filt er  (BP F) "  t o  f il te r  the  re j ect ed  or   unwa nted si gn al s.            Figure  2. The  “ SCM - SA C - OC DMA" pe rform ance d ia gr am  that ba sed  on FSO       4.   SPECIFI C SP AC E  ATTE N UA TI ON OF   HAZ E AND  RA I N   The  s pace  or  opti cal   beam   a ttenu at io n  is  de f ined  as  in duce d  ge om et ric  lo sses  due  to  the  sp rea ding  of  op ti cal   beam   a nd   reduce d  the   power   le vel  of  sign al   as  it   travell ed  f ro m   tr ansm itted  end   to  receive rend .  The   hybri d  sig nals  are  travell ed  by   li gh t  in  the  fr ee  atm os phere .  Howe ver,  tro pical   in  the  regi on   s uch   as  Ir a q,   t he   haze  or  rai n  be com es  do m inant  fact or s   of  the  si gn al   at te nuat ion  wh ic h  i s  caus ed   by   sign al   deteri or at ion .   I n  add it io n,   e xpe ct ed  or  un e xpe ct ed  co ndit ion s   for  natu re  para m et ers  su c h  a s  haze  a nd  rai n  ha ve  a  direct  eff ect   on   t he  ca rr yi ng  li ght   [ 13 ] .  C on s eq ue ntly ,  the  s pecific  s pa ce  at te nu at io ns  of   haze  a nd  r ai n  are  e xpres sed  as   li ste d  belo w:       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
      IS S N : 2088 - 87 08   In t J  Elec   &  C om p  En g,   V ol.  8 , N o.   6 ,  Dece m ber   201 8   :   5107   -   5117   5110   4.1.  Th e  Sp eci fic R ain  Atten ua ti on   The  rai n  at te nuat ion   f or   F SO   l ink s  ca n  be  rea so na bly  well   appr ox im at ed  bye m pirical   fo r m ula  and   is  giv e n by     q s p e c R                    (2)     w he re  α spec    is  de fine d  as   the r a in  at te nuat ion  in d B/ km ,  R  is def i ned  as  t he  fall   rain   rate  i n  m m /hr,   an d  β,   q  are   coeffic ie nts tha t i nd e pende nt  on tem per at ur e  and  fr e qu e ncy .     4. 2.  Th e  Sp eci fic H az e A t ten ua ti on   The part  of this  p a per is  f ocu se d on the a naly s is of haze  att en uation at  d i ff e r ent v isi bili ty  r ang e s .     10 10 l og ( ( ) ) sp e c  (d B/ Km )               (3)     As  the  wav el e ng t h  (λ )  play s   a  m ajo r  r ule  in  haze  at te nu at ion   of  opti cal   sign al ,  λ   ha ve  to  be   known   i n  nanom et ers,   an   at te nu at io n  c oe ff ic ie nt  of the  aff ect ed  s pace  is ap prox im at e d by [ 12] .     3 .9 1 2 () ( / 5 5 0 ) q V                  (4)     wh e re  α spec  is  t he   haze  at te nuat ion   in  dB/km ,  V  de fi nes   the   visibil it y  ran ge  in  km ,  λ   is  wav el en gth   in  nm ,   q  is  a  coeffic ie nt  de pends  on  the  siz e  of   distrib ut ion   f or  scat te r ing   par ti cl es  a nd   ca n  be  e xp l oited  by  two  m od el s  repor te d  by  K ru se  a nd   Kim   [12]  and   [ 13] .  In   a dd it io n,   it   is  i m ple m ented  or   s upport ed   in  the  sim ulati on  analy sis o f  this  work.T he q  fa ct or  i n kruse' s m od el  is d efi ne d  as:     1.6 1.3 0.1 0.43 0.5 0 qV V  50 6 50 16 0.5 1 0.5 if V K m if K m V K m if K m V K m K m V K m if V K m              (5)     wh il e the  q fac tor  i n kim   m od el  is d efi ned as :     1 / 3 1 .6 1 .3 0 .5 8 5 q V 50 50 6 50 6 if V K m if V K m if K m V K m V V K m               (6)       5.   THE   DISCU S SION   A ND   R ESULT S  OF  "HY B RI D  S CM - S AC - O C DMA"   SYST EM  BY  US I N G  "MD  CODE  BASED  O N  F SO":   The  im ple m entat ion   of   “ hybri d  SCM - S AC - OC DMA"  opti cal   desig n   tha t  ind e pe nd e nt  on  sec ur it y   MD  secu rity   c od e  with  FS O  wireless  li nk   t o  any   wireless  node   in  pr op ose d  m esh  network   has  got  si m ulat ion  by  us in g  opti - s yst e m   so ftwar e   ver sio n  9.  I n  above  syst em   a nd   durin g  sim u la ti on ,  2   use rs  within  4  s ubca rr ie r s   wer e  us e d  at   r ecepti on   enc od er  syst em   with  util iz ing   te ch ni cal   FSO   for  tr ansm itti ng   as  r epr ese nted   in  Figure   3 . Ta ble 1  il lus trat es the u se d  sci entifi c p ara m et ers  fo r  " hybr i d  SCM - S A C - OCDM A"  in the s im ulati o n  desi gn   that  base d  on  t he  M D  c od e   a nd  opti cal   FS O   with   tw o  c od e   weig hts  ( W) .   Using  M D  c od e  is  in de pende nt  a nd  base d  on  a  previo us   represe nted  stu dy,  w hichis  re po rted  the   usi ng  MD  c od e   w hi ch  le ad s  to   ge t  bette r   perform ance  f or   wireless  sys tem .  This  perf or m ance  is  co m par ing   with  t hat  of  us i ng  c onve ntion al   c ode  an d  e m plo ye d  i n  th e original  SA C - OC DMA o ptica l sy stem  [ 14 ]  and  [15].       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec & C om p  Eng   IS S N:  20 88 - 8708     Estab li s hm e nt  Ne tw or k b y   U s ing   FS O Li nk Base d on M D C od e  for Hy br i d  …   ( R as hi d  Al i Fay adh )   5111       Figure  3. The   pro po se d  syst e m  an al ysi s f or   hybri d SCM - S AC - OCDM A        Table  1.   Value s of the  P rop ose d Desig n Para m et ers   Variable   Valu e   C - Ban d  wavelen g th   1 5 5 0  nm   Prop ag atio n  po wer   6  dB m   Nu m b e r  o f  us ers   Nu m b e r  o f  su b carrier   Frequ en cy  ban d   FSO L en g th   Ap erture   d ia m ete r  f o r  trans m itter   Ap erture  d ia m ete r  f o r  rece iv er   Bea m  div ergen ce   5   10   6 1 0  M Hz   0 .5 &  2.5  K m   1 0  c m   3 2  c m   2   m  r ad       The  data  in  ta ble  I  are  sim u la te d  us in g  O ptisy stem   ver sion   7  an d  Fi gure  4  re presen ts  sci entifi c   relat ion s hip   be tween  BER   and   data  rate   fo r  at te nuat ion s  ca us e d  by   haze  and   r ai n.   From   the   figur e   char act e risti c,  the  data  rate  is  i ncr ease d  t o  622  Mb/s  f or   t he  hybri d  syst em ,   w her e  t he  BE R  will   be  10 - 10   at   the   storm   or   f ast   r ai n.   I n  a ddit ion ,  t he  BER   or  pro bab il it y  er ror  isdec reasi ng  wh e n  th e  ca pacit y  of   data  rate  is  reduce d  to   be  few e r  t han  62 2  M bp s .  In  a ddit ion ,   fi gure  4  s hows   the   B ER  is  inc rease d  t o  be  10 - 11   w hen  the   data  rate  eq ual s  to  62 2  Mb ps   unde r  the  ef fec t  of   the  natu ral   heav y  haze.  T her e fore,  t he  pro pa gated  high   data  rate i s affect in g   on the  operat ion   of  hybr i d o pt ic al  syst e m  p erfor m ance.           Figure  4. The   BER  v er su s  d a ta  r at e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
      IS S N : 2088 - 87 08   In t J  Elec   &  C om p  En g,   V ol.  8 , N o.   6 ,  Dece m ber   201 8   :   5107   -   5117   5112   Atte nu at io ns  of  haze  a nd  r ai n  are  sho wn  in   fig ur e   5  to  il lu strat e  the  c omparis on  of   B E R  value s  f or   diff e re nt  ra ng e s  up  to  2.5  km .  It  is  cl eare d  th at   the  visibil it y  of  li gh t  im pacts  on  at te nu at i on s   an d  distan ces  of  haze  at   heav y,  cl ear,  an d  li gh t   and   of  rai n  at   strong,  storm ,  dr iz zl e,  an d  li ght.  It  is  ob se r ve d  that  the  pro po s ed  hybri d  syst em   util iz ing   MD   c od e   with   F SO  op ti cal   te ch nique  c ou l d  perf orm   su ff ic i ently   ve ry  well   with  the   BER   of   10 - 12   up   t o  500  m   at  the  natu ral  storm   rain  wh il e   at   the  dr iz zl e  rain;  the  BER   is  10 - 31 .  At  nor m al l y  heav y  or   cl ear  haze,  the  BER   is  arr ive d  to  be   10 - 9   a nd   10 - 15   with  dista nce  of  2500  m   resp e ct ively .  So   that   the  syst e m   per f o r m ance  is  af fected  by  dista nce  that  le ads  t o  de crease  BER   at   sh ort   distances   an d  inc rease  BER   at   long  distances  because   of  at te nu at io n  a nd  di sp ersi on  of  fi be r  le ngth.   This   stud y  s hows   2.5  Km   or   m or e  is  the   worst sit uatio n f or   rain  and  ha ze at te nu at io ns.            Figure  5. BER   against t he dist ance       Figure  6  il lust rates  the  trans m itted  power   against  BER   and   c om par ed  with  storm   rain  an d  hea vy  haze.  I n  ge ne r al ,  it   is  abs orb ed  that  t he  power   t ran sm issi on  has   im pact  on  the  hybri d  syst e m   and   th e  BER   decr ease s  thr ough  inc reasin g  the  powe r.   Fi gure  4  al so   s hows  the  ra nge  of  powe r  tra ns fe r  from   6  to  9  dBm   fo r   the  hybr i d  syst e m .  It  is  obser ved  that  t he  B ER  is  inc rease d  at   storm   rain   an d  hea vy  natur al   haze   by  m eans  of   reducin g  t he p ow e r  tra nsfer .           Figure  6. The   B ER versus  po wer t ransfe r       The  var ia ti ons   of  the  tra ns m issi on   powe r  hav e   ef fect  on   the  po wer  re cei ver .  Fig ur e   7  s hows  t he  powe r  transm i ssion   is  c om par ed  with  the  power   receive r  and   t he  ra ng e  of  power   tra nsfer   from   1  to  6  dBm .  It   is  ob se rved  t ha t  the  receiv e d  outd oor  po wer   is  inc reas ed  by  inc reasi ng   t he  tra ns m i tt ed  powe r  or   power   trans fer .   Fi gur e  7  dis play s  th e  re du ci ng  of   r ecepti on  relat i ng  to   tra ns m is sion  po wer  thr oug h  a   sto rm   rain  a nd  heav y  haze.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec & C om p  Eng   IS S N:  20 88 - 8708     Estab li s hm e nt  Ne tw or k b y   U s ing   FS O Li nk Base d on M D C od e  for Hy br i d  …   ( R as hi d  Al i Fay adh )   5113       Figure  7. The  e ff ect   of tran sm issi on   powe r o n  the  r ece pt io n p ow e r       The  sim ulate d  resu lt s  of   reducin g  noise   ar e  exam ined  by   ey e  diagr am s  at   app ly ing   t he  pr opos e d  "hybr i d  SCM - SA C - OCDM A "  opti cal   netw ork   that  is  co nn ect ing   with   FS O  te c hn i qu e   ar e  il lustrate d  i n  fig ur e   8  at   two  diff e r ent  ranges.  Fi gure  8  s hows  th at   the  at te nu at i on,  num ber   of   us ers ,  an d  input  power   wer e   set   to  be  50 0  m ,  5  use rs,   a nd  6  dBm   resp e ct ively .  I t  is  sh ow n  that  the  ey e  in  ey e  diag ram   is  ext end e d  a nd  cl eared  a t   increasin g  of   BER   at   the  natur al   st or m   rain .  This   phe no m enon  is  il lust ra te d  in  Fig ur e   9  w hen  the  num ber   of  us ers ,  in put  po wer,  an d  at te nuat ion   we re  se t  to  be  5  us e rs ,  6  dBm ,  25 00   m   resp ect ivel y.  Also   from   figure   8(b) ,  the  BER   cl early   increases  at   the  heav y  natu ral  haz e.   The  sim ulatio n  wa s  run nin g  with  storm   rain   because   of   rai n  at te nu at io n  is  m uch   higher   than  haze,  s o  the  resu lt s  of  ey e  diagr am   wi th  storm   rain  giv e  a n  i m pr ovem ent  f or   syst em   per f or m ance.  The r efore,  a  sp eci al   op ti m iz at ion   i s  need e d  to  achieve  a  bette r  syst e m   perform ancethat  involve d  li nk  ra nge  nu m ber   of  us er' sopti m iz at ion .  I n  th is  par t   of   t he  r esearch ,  we  s how  ho w   the  at te nuat ion  has   a  si gn ific ant  im pact  on   syst e m   per f orm ance  (BER)   and  li nk  ra nge   ( km ).   So   t hat,   r ai n  is   the b ig gest af f ect ing  in  the  free  sp ace  op ti ca l sy stem s.  Ho wev e r,  it  sti ll  c an  be  s ucces sf ully  w it h  co ns i der e d  t o  the p a ram et ers  of the  rain  at te nu at io n.           (a)     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
      IS S N : 2088 - 87 08   In t J  Elec   &  C om p  En g,   V ol.  8 , N o.   6 ,  Dece m ber   201 8   :   5107   -   5117   5114       (b)     Figure  8. The  taken ey e d ia gra m  at channel  1 , (a)   with  d ist ance  of 50 0  m  at storm  r ai n , ( b)  at  r a ng e  of  2500 m   with  heav y  haz e       6.   THE  PROPO SED SYSTE M APPLI CAT ION   The  ra dio   over   fiber   is  in dire ct ly   m od ulate d  the  opti cal   sign al   us in g  Ma c h - Ze hnde r  m od ulato r  f r om  a  co ntinuo us   w ave  la ser   di ode   of  w avele ng t h  in   nanom et ers.   At  t he  receivi ng  en d  of  op ti c al   fiber  li nk,  opti ca l   sign al s  are  we ak  an d  carryi ng  inf or m at ion   that  need   t o  be  conve rted  to  st ron g  el ect rical   sign al   to  est im at e  th e   or i gin al ly   tran sm it te d  sign al s .  The refo re,  t he re  are   three   f un ct io ns,  ha ve   to  b e   do ne  in   the  opti cal   re cei ver  su c h  as,  est im at ion   of  tra nsm itted  m essage,  am plific at io n,   a nd   opti cal   sign al   c onve rsion   t o  el ect rical   sign al .   By   these  three  functi ons,  th e  op ti cal   receiv e r  is  sim il ar  to  the  ra dio   receiv er  acce pt  no   a m pl ific at ion   in   op ti cal   syst e m .  To  see   the  im pr ove d  perform ance  on  U W B   op ti ca l  receive r,  we   need  to   ap ply  the  propose d  opti cal   syst e m  to  redu ce the  pro bab il it y of  er r or   bits .    This  a pp li cat io n  is  t o  s how  t he  e ff ect s  of  usi ng  fibe r  i n  wireless  c ha nnel   thr ough  insi de  bu il di ngs   (in door   pro pa ga ti on )  us in g  ultra - wi deb a nd  ( U W B )  te ch no l og y.  By   usi ng   RoF  te ch nolo gy,  data  ca pac it y  of   op ti cal   netw orks  is  c om bin ing  with   m ob il it y  and   flexibi li ty   of   wir el ess  net works  without  inc rem e nt  i n  sign ific a nt  cost   [1 6],  [ 17] .  Also   by  RoF,   in form ation   c an  be   transpor te d  ov er  op ti cal   fiber  with  m od ulati ng   i n  direct  or  in dire ct   li gh t  with  ra dio   si gn al .   Th e re  is  an   exter na l  m od ulato r  t o  m od ulate   the   opti cal   sign al   cal le d  Ma ch  Ze hnde r   m od ulator   (M ZM)  a nd  Ma c h  Ze hnde r  In te rf e ro m et er  (M ZI)  is  us ed   to   sp li t  thi s  sig na l  into  2  paths  [18],  [ 19 ] ,  and   [20].  A f te r  su m m ing   the  2  si gn al s ,  they   interfe re  de pendin g  on   de la y  tim e  with  each  oth e r.   MZM   is   ap plyi ng  to   c onve rt  the   el ect rical   to  op ti ca l  sign al s   an d  s end  them   to  m ulti plexer  to   c om bin e   the  sign al s  in  opti cal   do m ai n.   These  sig nals  are  passe d  to  dem ulti plexer   to   sp li t  the  sign a l  into  two  way s,  one   is  passe d  i nto  the  fi ber  to   co nv e rt  op ti cal   s ign al   t o  el ect ri cal   sign al   an d  the n  to   s pectr um   analy zer  to  be   detect ed by  op t ic al  d et ect or .     The  oth e r  way   is  passe d  dire ct l y  to  sp ect r um   analy zed  to  sh ow  t he  sym bo l  er ror  rate  (SER )  in  ti m e   do m ai n  or   to  detect   the  el ect rical   sign al .  The  sp ect r um   a naly zer  detect ion s  a re  il lustrate d  in  Figure   10   to   represe nt  the  sim ula ti on   re su lt s  of  the   SER   ve rsu s   nu m ber   of  act ive  us e rs  f or  U WB   si gn al s  in  opti cal   detect or  and   non - opti cal   detect or .  T he  SER  cha ra ct erist ic   without  opti cal   li nk   is  bad   beca use   the  receive d  sig nal   travels  thr ough  the  wireless   ind oo r  cha nnel   that  is  aff ect ed  by  fad i ng,   path  losses,  a nd   s hado wing   befor e   enterin g  t he  R oF   li nk.   Alth ough  t her e   is  som e  interfer e nc e  betwee n  t he  wireless  a nd  opti cal   wire d  c ha nn el s ,   the pow e r pena lt ie s ar e s m al l  and  ca n be fur t her   reduce d  by  u sin g  opti cal  fi lt er.  By  u sing   MATLAB s oft war e ,   the  si m ulati on   resu lt s  are  show n  in  Fig ure r  9.   F ro m   si mu la ti on   res ults   the  op ti cal   receiver  is  bette r  tha n  el ect rical   receiver  w hen  us i ng  MZM   s o  that ,  the  perform a nce  of   U W B   over  fibe r  syst e m   is  exam ined.  As  the   SER,  U,   a nd   SN R  are  the  s ign ific a nt  par a m et ers  fo r  sys tem   per form ance  ind ic at ion,  they   are  def in ed  a s  expresse d bell ow :   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec & C om p  Eng   IS S N:  20 88 - 8708     Estab li s hm e nt  Ne tw or k b y   U s ing   FS O Li nk Base d on M D C od e  for Hy br i d  …   ( R as hi d  Al i Fay adh )   5115     ( ) ( ) ( ) ( ) h t R x t h t n t               ( 7 )     1 01 (0 s R P P s S N R                   ( 8 )     () 22 U S N R S E R e r f c               (9)     wh e re  x( t)   is  the  tra ns m itted  sign al ,  h(t )  is  t he  c hannel  im pu lse   res pons e ,    denotes  co nv olu ti on,  n( t )  is  the   Gau s sia n  noise ,  er fc  is  t he  e rror  f un ct i on,  P s1   is  sig nal  powe r  of  bit  1,   P s0   is  sig nal  power  ofbit  0,  0 and  1 are  the  no ise   va riances  ass oci at ed  with  the  t r ansm itted  signa l  0  an d  1res pe ct ively ,  and     R   is  the  phot od e te ct or   respo ns ivit y .           Figure  9 .  BER   vs . n um ber  of  us ers  for U WB  sig nals       7.   CONCL US I O NS   The  w orkin g  pro posed  m esh  netw ork  syst em   is   no w  pro m isi ng   te chn iq ue  in  opti cal   tr ansm issi on   to   i m pr ove  the  trustin g  of   high  data  rate  indoor  or   ou t door  re cepti on   a nd   tra ns m issi on   at   lon g  or   s hort  ranges  of   wireless  syst em s   at   op ti cal   c omm un ic at ion   li nk s.  S o  that,  pro po se d  re sea rch   is  quit   can   be  us e d  in  wireless   syst e m s  with  high  data  rate   velocit y  in  pro pa gation  by  com m un ic at i on   li nks  rece pt ion   or  tran sm issi on .   Fu rt her m or e,   the  basic  i dea  of  the  resea rc h  is  t o  c ross  or  ov e rc om e  the  nat ur al   ba d  env i ronm ents  that  are   happe ned b y  he avy h aze  a nd stor m   rain  over   opti cal   FS O  te chn i qu e   f or  r ec eption or   t rans m issi on .  S o  th at ,  the  requi rem ent  of  this  work   is  t o  m ini m iz e  or   reduce  the  nor m al l y  eff ect   on  BER   at   hig h  capaci ty   of   da ta   rate   pro pag at io n  t hro ugh  opti cal   te chn i qu e   use d  FSO.  Re s ults  that  are  gott en  by  sim ulati on   process  f or   5  use rs  a re   sh owin g  with   decr easi ng  of  BER .  This   decr eas in g  a nd   inc reasi ng  of   recei ved   powe r  de pend ing   on  m axi m iz ing   or  a m plifyi ng   th e  power   tra nsm issi on   at   vary ing   or  une xpect ed  co nd it io ns   su c h  as  ha ze  and  heav y  rain .  T he  si m ulati on  resu lt s  are  su pp or ti ng  the  "hybr i d  SCM - SA C - OCDM A "  op ti cal   instru m ents   enh a ncem ent  in  f ree  sp ac e  f or   lo ng  ra nge s  or   distances ,   wh ic h  re du c e   the  require d  sta ti on s  num ber   of   receptio n  a nd   t ran sm issi on .  A lso  in  this  pa pe r,   we  can  c on cl ud e  th at   the  eff ect   of  R oS   l ink   on   U WB  s ign al s   by  sim ulati on   resu lt s  for  BE R  at   diff e re nt  nu m ber   of  us e rs.   From   this  stud y,  we  e nha nced  that  the   pro posed   op ti cal   syst e m   is  m or e  su it able  in  serv ic es  f or  U W B  i ndoor  syst e m s  by  red ucin g  the  pro ba bili ty   of   bit  err or  at   the r ecei ving e nd of t he  syst e m .       ACKN OWLE DGE MENTS   I  ha ve  done  t his  w ork  in   m y  dep a rtm ent  la borator ie s  of   Ele ct rical   En gin ee rin g  Coll ege.  S o  m y  reg a rds  and   tha nk s  to  the  sta f f   of   these  la bor at or ie s.  Als o  I  would  li ke  to  than k  the  dea n  of   this  colle ge  for  his   su pp or t t o finis h  the  sim ulati o n work.         0 5 10 15 20 25 30 10 - 1 0 10 -8 10 -6 10 -4 10 -2 10 0 N um be r  of  us e rs S E R     U s i ng  fi be r i n w i re l e s s  c ha nne l W i t h no fi be r i n w i re l e s s  c ha nne l Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
      IS S N : 2088 - 87 08   In t J  Elec   &  C om p  En g,   V ol.  8 , N o.   6 ,  Dece m ber   201 8   :   5107   -   5117   5116   REFERE NCE S   [1]   C. C.   Yang,   "Co de  spac e  en la rg e m ent   for  h y brid  fibe r  rad io  and  b ase band  OCD MA   PONs" ,   Journ al  of  Light  wave   Technol ogy ,   vo l. 29, pp. 1394 - 14 00,   2011 .   [2]   T. H.  Abd ,   S. A.   Aljuni d,   H.A.  F adhi l ,   I . F.  Radh i,   Ahm ad  R. B .   and  M. A.  R ashi d, "P erf orm anc e  improvem ent   of   h y brid  SC M  SA C - OCD MA   net works   using  m ul ti - dia gon al   code" ,   Univer sit y   M al a y si a  Perli s,Sc hool  of  Com pute r   and  Com m unic a ti on  Engi ne eri ng ,   vol .   7(11) ,   pp .   1262 - 1272,   201 2.   [3]   V.G.A.   Carne ir o ,  G.K.  Rodrigu es ,  M.  The re za,   and  M.R.   Gira l di ,   "P erf orm ance  ana l y sis  of  a  2D  double   har d - li m it ed   OCD MA  s y st em ove r  FS O l ink  und er  stro ng  turb ul enc e   fo r  def ens e  app lica ti ons " ,   2012 .   [4]   B.   Patn ai k  and  P.K.  Sahu,   "N ovel   QP SK   m odu la ti on   for  DW DM   fre e  spa ce  op ti c al   comm unic at ion  s y s te m " ,   pp .   170 - 175,   2012 .   [5]   B.   Cif tc iog lu ,  J.  Gao,   R .   Berman ,   M.   Jain,  D .   Moore,   G .   W ic ks,   M.  Huang,  E . G.  Friedman,   and  Hui  W u,   "Rec en t   progre ss   on  3 - D  int egr at ed   intra - chi p  fr ee - spa ce  opti c al   int er conn ec t" ,   2012,   pp.   5 6 - 57.   [6]   Moham m ad  Ali  Shah,   Shaf ie  Abd  Latiff ,   &   Ri az   T.,   “ Perform anc e   M ea surem ent   of   Free - Spa ce   Opt ic a l  980   nm  Channe l  Us ing  Multi ple  Sets  of   Envi ronm ental  Condit ions ” ,   Wi rele ss   Pe rs onal  Comm unic ati on ,   vol  85,   Iss ue  2 ,   pp.   345 - 357 ,   20 15.     [7]   W . R. H.  W an  R uslan ,   S.M.  Idrus,  A.  Ramli,   N.  Ramli,   A.S.  Mohd  Supa’a t ,   and  F.  Mohd  Nor ,   " Te rre str ia l  FR E E   Space   Opti c  Pro paga t ion  Anal y s is  Consideri ng  Malay s ia   W e at h er  Condit ion " ,   J ournal  Teknol og i  ( Sci ences  and  Engi ne ering) , vol.   54 ,   pp .   217 - 22 9,   2011 .   [8]   S.  Hashm i  and H.T .   Mouftah ,   "I nte gra te d  op tical/wire l ess ne twor king" ,   20 04 ,   pp .   2095 - 2098.     [9]   A.  Mali k  and  P.  Singh,  "F ree   Space   Opti cs:  Curr ent   Applicati ons   and  Future  Challenge s" ,   Int ernat ional   Journal  of  Optic s ,   Hind awi P ubli shing Corp ora ti on ,   pp .   1 - 7 ,   2015.   [10]   T. H.  Abd,   S.A.  Aljuni d ,  H.A .   Fadhil ,  R. A.  Ah m ad ,   and  N.M.  Saad ,   "M odelin g  and  sim ula ti o n  of  m ult i  di ago nal  code   wi th ze ro   c ross   cor relati on   f or  SA C - OCD M A ne tworks" ,   20 11.   [11]   M.  Nos had  and  M.  Brandt - Pear c e,   "Expurgated  PP M  u sing  sy m m et ric   ba l anced  inc om ple t e  block  designs " ,   IEEE  Comm unic at ions Le tters ,   vol .   16 ,   pp.   968 - 971 ,   20 12.       [12]   F.H.  Mus ta fa ,  A.S.  Mohd  Sup a'a t ,  and  F.D.  Maha d ,   "S imula ti on  of  FS O  Tra nsm ission  at   P et a li ng  Ja y a  due   to  Atte nua ti ons   Eff ec t " ,   ELEKTRIK A ,   vo l. 12, no. 1, pp. 30 - 34,   2010 .   [13]   M.  Zul i y a na ,   M. S.  Anuar,   S.A.  Aljuni d,   A.K .   R ahman,   C. B . M.  Rashidi ,   and  M. S.A.  Baka r ,   "P erf orm anc e  An alys is   of  FS O  with  Haz e  Att enuation  Consequenc e   Acc l imati z e  in   Tr opic a l  Ra infore s t  Envi ronm ent " ,   AR PN   Journal  of   Engi ne ering  and   Applied  S cienc e s,  vol. 10, no. 3,  pp.   1332 - 1337 ,   Februa r y   2015 .   [14]   M.  Motea lleh  a nd  M.  Mae sou m i,   '' Sim ula ti on  of  a  SA C - OCDMA  10   Us er  ×1 5  Gb/s  Sy st em  Us ing  M D  Cod e" ,   Inte rnational   Jo urnal  of  Opt ic s a nd  Applications ,   vol.   (4) ,   no .   1 ,   p p.   20 - 26 ,   2014 .     [15]   T. H.  Abd,  S.A.   Aljuni d,   Hil al   A.  Fadhil ,   Ibr ah im  Fadhil   Radh i,   Ahm ad  R. B. ,   and  M.A.  Rashi d,   "P erf orm anc e   Im prove m ent   of  H y brid  SC M - SAC - O CD MA   Network  Us ing  Multi - Diagonal   Code" ,   Scientif ic   Re sear ch  and   Essays ,   vol .   7   (1 1),   pp .   1262 - 127 2,   Mar ch  2012 .     [16]   H.A.  Fadhil,  A.  Am phhawa nb,   H.M.R.   Al - Kh afa j ia ,   and  N.  Ahm eda ,   “ Optimiza ti on  of  fr e e  spac e  op tics  par amete rs:   An  opti m um   soluti on  for  b ad  we at he r  conditions ” ,   O pti k   -   In t. J .   Ligh t  E le c tron Opt .   2 013.   [17]   M.  Am ini kasha ni  and  M.  Kav ehr ad,   ''Err or  Perform anc e  Ana l y sis  of  FS O  Li nks  with  Equa l   Gain  Diver si t y  Rec e iv ers  ov er Double  Gene rali ze d  Gam m a  Fad ing  Chann el s" ,   Cornel l   Univer si t y   L ibra r y ,   Ma y   2015   [18]   S.  Pan,   and  J.  Yao,   “ UW B - Ov er - Fiber  Com muni cations:  Modulat ion  and  Tr a nsm ission ”,   Journal  of  Lightwav e   Technol ogy ,   vo l. 28, no. 16, pp. 2 445 - 2455,   Augu st 201 0.   [19]   J. P.  Soler  and  R. L.  Sáe z,  "H y brid  UW B  and   W iMAX   rad io - over - m ult i - m ode  fibr e  for   in - buil ding  op tica l   net works ",  Jour nal  of   Optic s ,   vo l.   16(1) ,   pp .   1 - 8,   2014.     [20]   Y.  Li   and  A. M.  W ei ner ,   "P hoton ic - As sisted  Err o r - Free   W ire le ss   Com m unic at ion  with  Multi pat h  Prec om pen sati o n  Coveri ng  2 – 18   GH z" ,   Journal  o f  Lightwave  Te c hnology ,  vol .   34 ,   NO .  17,   pp.   415 3 - 4160,   Sept ember  2016.           Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.