I nte rna t io na l J o urna l o f   E lect rica l a nd   Co m pu t er   E ng ineering   ( I J E CE )   Vo l.   15 ,   No .   2 ,  A p r il   20 25 ,   p p .   1 7 4 5 ~ 1 7 5 3   I SS N:  2088 - 8 7 0 8 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijece. v 15 i 2 . pp 1 7 4 5 - 1 7 5 3           1745       J o ur na l ho m ep a g e :  h ttp : //ij ec e. ia esco r e. co m   H ig h  spee d spa ce  div isio n multiple x ing  bas ed int eg ra t ed  fibe r   trans mis sio n sy stem an d it s  impa ct  on a tmo spheric  c o ndition s       K a k a rl a   P ha neendra   K um a r ,  T .   Sree niv a s ulu   Re dd y   D e p a r t me n t   o f   El e c t r o n i c s a n d   C o mm u n i c a t i o n   En g i n e e r i n g ,   S r i   V e n k a t e sw a r a   U n i v e r si t y   C o l l e g e   o f   E n g i n e e r i n g ,     S r i   V e n k a t e sw a r a   U n i v e r s i t y ,   Ti r u p a t i ,   I n d i a       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Ap r   1 2 ,   2 0 2 4   R ev is ed   Au g   3 1 ,   2 0 2 4   Acc ep ted   Oct  2 3 ,   2 0 2 4       Wi th   se v e ra l  a d v a n tag e s  o v e r  tra d it io n a l  wire les s  a n d   fib e r  o p ti c   c a b les ,   fre e   sp a c e   o p ti c a l  c o m m u n ica ti o n   is  b e c o m in g   m o re   a n d   m o re   p o p u l a r  b e c a u se   o f  it s  h ig h   sp e e d   a n d   b a n d wi d th   a p p li c a ti o n s.  I n   p a rti c u lar,   th e   h i g h   tran sm issio n   c a p a c it y   o f  fre e   sp a c e   o p ti c s  ( FSO )   c o m m u n ica ti o n   sy ste m s  m a k e s  th e m   p re fe rre d ,   wh ich   e n a b les   th e m   to   h a n d le  th e   g ro wi n g   a m o u n t   o f   in tern e t   traffic.  Be c a u se   F S O   h a s  n o   re g u lato r y   li m it a ti o n s,  o p e r a tes   o v e r   larg e   d istan c e s  with   h i g h   lev e ls  o f  se c u rit y ,   a n d   tran sm it s  d a ta  f a ste r  th a n   ra d io   fre q u e n c y   c o m m u n ica ti o n   t e c h n o l o g ies   a re   wid e ly   u ti l ize d .   Ho we v e r,   g iv e n   d iffere n t  a tmo s p h e ric  c o n d it io n s ,   th e   a v a il a b il it y   a n d   c a p a c it y   o f  F S O   o p ti c a l  b a n d s  re p re se n t  a   m a jo r   c o n c e rn .   F o r  n e x t - g e n e ra ti o n   i n fo rm a ti o n   tran sm issio n   n e two rk s  to   sa ti sf y   e n d   u se rs  h ig h - c a p a c it y   d e m a n d s,  th e   tran sm issio n   tec h n o l o g y   k n o wn   a s  s p a c e - d iv isio n   m u lt ip lex in g   ( S DM)  h a s   b e c o m e   e ss e n ti a l.   He n c e   in   t h is  wo r k ,   Hi g h   sp e e d   s p a c e   d i v isio n   m u lt ip le x in g   b a se d   i n teg ra ted   fi b e r/F S O  tran sm issio n   s y ste m   a n d   it s  imp a c t  o n   a tm o sp h e ric   c o n d it i o n s   is  p re se n ted .   T h e   S DM   tran sm issio n   sy ste m   d e v e lo p e d   in   t h is  stu d y   is  b a se d   o n   a n   in teg ra ted   m u lt imo d e   fib e r   (M M F )/   F S O  li n k   wit h   li n e a r  p o lariz e d   (L P )  sp a ti a l  m o d e s.  T h is  a p p ro a c h   t a k e s  in t o   c o n sid e ra ti o n   e x trem e   c li m a te  c o n d it io n s  li k e   sn o w   a n d   t u rb u le n c e   wh il e   e v a lu a ti n g   p e rf o rm a n c e .   Util izin g   b it   e rro r   ra te  (BER)  a n d   re c e iv e d   o p ti c a l   p o we r  (ROP)   a re   t h e   p e rf o rm a n c e   o f  F S O  is  e v a l u a ted   in   d iffere n t  we a th e r   c o n d i ti o n s.   K ey w o r d s :   Fre e  s p ac e  o p tical  co m m u n icatio n   T r an s m is s io n   W ir eles s   co m m u n icatio n   Atm o s p h er ic  co n d itio n s   Sp ac e  d iv is io n   m u ltip lex in g     T h is i s  a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Kak ar la  Ph an ee n d r a  Ku m ar   Dep ar tm en t o f   E lectr o n ics an d   C o m m u n icatio n   E n g in ee r i n g ,   Sri  Ven k ateswar a  Un iv er s ity   C o lleg e  o f   E n g in ee r in g ,   Sri  Ven k ateswar a  Un iv er s ity   T ir u p ati,   An d h r a  Pra d esh ,   I n d i a   E m ail:  p h an iece o b v p @ g m ail. co m       1.   I NT RO D UCT I O N   No wad ay s ,   lar g e  b a n d wid th s   an d   h ig h - q u ality   s ig n als  ar e  n ee d ed   f o r   co m m u n icatio n ,   wh ich   is   r ad io   f r eq u e n cy   ( R F)  co m m u n icatio n s   ar e  n o t  u s ed   in   p lace   o f   o p tical  laser s   an d   f r ee   s p ac e   o p t ics   ( FSO ) .   Fin d in g   alter n ativ es  to   t h e  c u r r en t   R F  in f r astru ctu r e   is   ess en tial  to   a   co m b in atio n   o f   th e   r a p id ly   in c r ea s in g   n u m b er   o f   p eo p le  u s in g   m o b ile  p h o n es  a n d   th e   n ee d   f o r   h ig h - s p ee d   d a ta  s er v ices  h as  in cr ea s ed   ex p o n en tially .   I n   o r d er   to   m ee t  th e  r eq u ir em en ts   o f   o p tical  n etwo r k   d esig n ,   FS O  is   ab le  to   p r o v id e  a  v ia b le  p o in t - to - p o in t  s o lu tio n .   B ein g   a  lin e   of   s ig h t  ( L OS)   t ec h n o lo g y ,   FS O  r e q u ir es  alig n m en t  b etwe en   th e  t r an s m itter   an d   th e  r ec eiv er .   Hig h - s p ee d   wir eless   n etwo r k s   co m m o n ly   u s e  FS O  b ec au s e  o f   its   g r ea t  e f f icien cy   f o r   co n tin u o u s   h ig h - th r o u g h p u t  an d   l o w  in ter f er e n ce .   I n   co m p a r is o n   to   R F  s y s tem s ,   b ec au s e  o f   its   wid e  b an d wid th   an d   lo w   in ter f er en ce ,   FS O  s y s tem s   h av e  b ec o m e  m o r e  an d   m o r e  p o p u lar   [ 1 ] .   I n   o r d er   to   e n ab l e  s h o r t - r an g e  f if th   g en er atio n   ( 5G )   wir eless   co m m u n icatio n s ,   d ir ec tiv ity ,   p o wer   ef f icien c y ,   i n s tallatio n   s im p licity ,   an d   m u lti - 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                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   15 ,   No .   2 ,  Ap r il   20 25 :   1 7 4 5 - 1 7 5 3   1746   g ig ab y te   ap p licatio n s   a r e  o f f er ed   b y   f r ee   s p ac e   o p tical  co m m u n icatio n   ca b les  [ 2 ] .   W ir eless   o p tical   co m m u n icatio n   lin es  i n   f r ee   s p ac e  o f f er   f ast  d ata   s p ee d s ,   a   lar g e  b a n d wid th ,   an d   h ig h - q u ality   s ig n als,  s o lv e   wir eless   co n n ec tio n   p r o b lem s   ca u s ed   b y   tr ad itio n al  tech n o lo g ies.  R ec en tly ,   n u m er o u s   b en ef its   o f   FS O   co m m u n icatio n   tech n o l o g y   o v er   tr ad itio n al  r a d io   f r e q u en cy   b ased   wir eless   co m m u n i ca tio n s   h av e  b ee n   ad d r ess ed   wid ely   [ 3 ] .   I n cr ea s in g ly   h ig h   d ata  r ates  ar e  r eq u ir ed   f o r   5 G  n etwo r k   wir eless   b ac k h au l  o v er   s ev e r al  k i lo m eter s .   T h r o u g h   u s in g   th e  m id - I R   ( I n f r a - R ed - 1 0 . 6   μ m )   tr an s m is s io n ,   o n e  ca n   lim it  th e  d ec r ea s e  o f   lin k   av ailab ilit y   ca u s ed   b y   f o g .   Sev er al  m eth o d s   ar e  u s ed   to   in cr ea s e  th is   r a n g e,   u s in g   s ev er al  an te n n as,  u s in g   h y b r id   FS O/R F   tech n o lo g y   an d   in cr ea s in g   th e   tr an s m itter   p o wer   ar e  two   o f   th e  m eth o d s   th at  ar e  u s ed .   Ho wev er ,   o p tical  f ib e r   ca b les  h av e  s ev er al  b en ef its   f o r   a  n u m b er   o f   y ea r s   [ 4 ] .   T h ey   co u ld   o n ly   o p er ate  o n   th e   b ac k h au l  n etwo r k .   Dig g in g   an d   tr en c h in g   ar e  n ec ess ar y   f o r   wir ed   co n n ec t io n s   s u ch   as  o p tical  f ib er s .   FS O  i s   a  wir eles s   co n n ec tio n   th at  c an   b e  m a d e  with o u t  d ig g in g .   W h en   an o th e r   n etwo r k   f ails ,   it  o f f er s   ea s y   s etu p   d u r in g   d is aster   r ec o v er y   [ 5 ] .   T h ese  g eo g r ap h ical  lim itatio n s ,   s u ch   as  m o u n tain s ,   r iv er s ,   a n d   o th er   o b s tacle s ,   h av e  b ee n   o v er co m e   b y   th e  d ev elo p m en t   o f   FS O  tr an s m is s io n   ch an n el s ,   allo win g   th e  tr a n s m is s io n   o f   o p tical  an d   s en s o r   s ig n als.  FS O  tech n o lo g y   is   a  tech n iq u e  th at  s en d s   d ata  th r o u g h   f r ee   s p ac e  o r   t h e  atm o s p h er e  u s in g   lig h t  [ 6 ] .   T h e  cr itical  p r o p er ties   o f   FS O   ar e  co lo s s al  b an d wid th ,   en h a n ce d   s ec u r ity ,   an d   lo w  in s tallatio n   co s ts .   Fo r   th is   r ea s o n ,   FS O - b ased   co m m u n i ca tio n   s y s tem   ar ch itectu r e   is   f r eq u e n tly   u s ed   in   d ee p   s p ac e  an d   ter r estrial  ap p licatio n s .   T h e   ar ch itectu r e   o f   an   o p tical  n etwo r k   is   c o n n ec ted   to   th e  f o u n d atio n   o f   FS O;  th ese  in p u ts   ar e   r ec eiv ed   at  th e  p h o to d io d e - b ased   r ec eiv er   f r o m   laser - b ased   tr an s m itter s   [ 7 ] .   A  co m m u n icatio n   tech n o l o g y   ca lled   FS O  s en d s   an   in f o r m atio n - ca r r y in g   s ig n als  th r o u g h   em p ty   s p ac e.   I n   ter m s   o f   o p tical  m o d u lated   s ig n al   tr an s m is s io n ,   it   is   ex tr em ely   n ea r   to   o p tical  f i b er   c o m m u n icatio n   ( OFC )   tech n o lo g ically .   I n   FS O,   th e  s en d in g   an d   r ec eiv i n g   en d s   o f   th e  co m m u n icatio n   s ig n al  ar e  co n n e cted   b y   a  d ir ec t  L OS  lin k ,   th is   is   ca teg o r ized   as  o p tical  wir eless   co m m u n icatio n   ( OW C )   in   g e n er al.   T h r o u g h   th e   ch an n el  o r   th e  atm o s p h er e,   th e  s ig n al  is   tr an s f er r ed .   Sin ce   it  u tili ze s   lig h t,  it  s u p p o r ts   u n licen s ed   s p ec tr u m ,   h ig h   d ata  tr an s m is s io n ,   an d   v er y   s ec u r e  co m m u n icatio n .   T h e  p o s s ib ilit y   th at  it  ca n   b e   u tili ze d   is   an o th er   ad v an tag e  i n   ar ea s   wh er e  th e   p h y s ical  lay o u t m a k es o p tical  f ib er   in s tallatio n   ch allen g i n g   [ 8 ] .   Sin ce   o p tical  f ib er   lin k s   an d   FS O  co m m u n icatio n   s h ar e  m an y   tech n o lo g ical  s im ilar ities ,   th e  two   h av e  m a n y   s im ilar   tr an s m is s io n   ch ar ac ter is tics .   T r an s m i ttin g   o p tically   m o d u lated   s i g n als,  ca n   h av e   a   tr an s m is s io n   s p ee d   o f   u p   t o   ter ab its   p er   s ec o n d   ( T b p s ) ,   is   o n e   s u ch   ca p ab ilit y .   Ad d itio n al  ch ar ac ter is tics   in clu d e  im p ec ca b le  s ig n al  s e cu r ity ,   p lu g - an d - p lay   in s talla tio n   f ea tu r es,  an d   lice n s e - f r e e  o p tical  s p ec tr u m   f u r th er   in cr ea s e  th e  attr ac tio n   o f   FS O  in   its   q u est  to   p r o v id e  h ig h - s p ee d   an d   co s t - ef f ec tiv e  last - m ile   co n n ec tio n .   FS O  is   an   in ter est in g   o p tio n   f o r   cr ea tin g   an   e x te n s iv e  co m m u n icatio n   i n f r astru ctu r e  s in ce   p lacin g   o p tical  f ib er   in   u r b a n   lo ca tio n s   is   v er y   ex p en s iv e  an d   R F b an d wid th   is   b ec o m in g   in cr ea s in g ly   lim ited   [ 9 ] .   Ho wev er ,   t h er e  a r e  s till   a  n u m b er   o f   d if f icu lties   with   FS O  s y s tem s .   B ea m   wan d er in g   a n d   s cin till atio n   ar e  ca u s ed   b y   at m o s p h er ic  tu r b u len ce ,   wh ich   p r esen ts   th e  g r ea test   p r o b lem .   T h ese  ef f ec ts   h av e   th e  p o s s ib ilit y   to   s ig n if ican tly   r ed u ce   th e  FS O  s ig n al ' s   q u ali ty ,   th is   lead s   to   b it - er r o r   r ates  th at  ar e  to o   h ig h   to   tr an s m it  d ata  p r o p er ly .   R ain ,   f o g ,   a n d   h az e   ar e   o n ly   a   f e w  o f   th e   wea th er   c o n d itio n s   th at  af f ec t   th e   FS O   n etwo r k .   W h ile  FS O  co m m u n icatio n   h as   n u m e r o u s   a d v an tag es,  its   ef f icien cy   is   s o m et im es  im p ac ted   b y   ex ter n al  ch allen g es  lik e  wea th er   [ 1 0 ] .   Fo r   in s tan ce ,   th e  in f o r m atio n   s ig n al  g ets  r ed u ce d   b y   v ar y in g   wea th e r   co n d itio n s ,   wh ich   in cr ea s es  th e  b it  er r o r   r ate  ( B E R ) .   R ain ,   h az e,   an d   f o g   ar e  ex am p les  o f   ex ter n al  wea th er   co n d itio n s   th at  ca n   ch an g e  q u ick ly   a n d   d ec r ea s e  o p tical   s ig n als  d u r in g   tr an s m is s io n   b y   s ca tter in g   a n d   ab s o r b in g   s ig n al  s tr en g th ,   w h ich   lo wer s   th e  q u ality   o f   th e   s ig n al  th at  is   r ec eiv ed   [ 1 1 ] .   T h e  atten u atio n   v al u e  v ar ies  ac co r d in g   o n   th e  clim ate;  in   clea r   wea th er ,   it  is   les s   th an   1   d B /k m ,   wh ile  d u r in g   h ea v y   d u s t  ( HD)   s to r m s ,   it  ca n   r ea ch   h u n d r e d s   o f   d B /k m .   T h e  air   atten u a tio n   r esu ltin g   f r o m   m o lecu lar   ab s o r p tio n ,   s ca tter in g ,   an d   th e  s cin till atio n   p h en o m e n o n ,   wh ich   s ig n if ica n tly   d ec r ea s es  th e  tr an s m is s io n   lin k ,   ar e  th e  m ain   d if f icu lties   in   tr an s m itti n g   o p tical  s ig n als  u s in g   o p en   s p ac e  ch an n els.  T h e   p er f o r m an ce   o f   th e   h ig h - s p e ed   FS O  lin k   d u r in g   v ar io u s   atm o s p h er ic  c o n d itio n s   h as  b ee n   e x am in ed   b y   n u m er o u s   r esear ch   o r g an izat io n s ,   in clu d in g   h ea v y   r ai n ,   s m o k e,   s n o w,   f o g ,   an d   d u s t.  I n   th e   p r ev i o u s ly   d escr ib ed   wea th er   co n d itio n s ,   s ev er al  tech n iq u es  h av e  b ee n   d ev elo p ed   t o   in cr ea s e  th e  FS O  lin k ' s   d ata  r ate .   [ 1 2 ] .   Ho we v er ,   s till   th er e  is   a  n ee d   f o r   ef f ec tiv e  s y s tem   f o r   FS O  tr an s m is s io n   d u r in g   v ar io u s   wea th e r   co n d itio n s .   T o   im p r o v e  th e   FS O  ch an n e l's   ca p ac ity   an d   allo w  m u ltip le  u s er s   to   s en d   d ata  s im u l tan eo u s ly ,   r esear ch er s   n o w  em p lo y   a  n u m b er   o f   m u ltip le x in g   tech n i q u es.  W av elen g th   d iv is io n   m u ltip lex in g   ( W DM ) ,   p o lar izatio n   d i v is io n   m u ltip le x in g   ( PDM)   [ 1 3 ] ,   a n d   o r th o g o n al  f r eq u en cy   d iv is io n   m u ltip l ex in g   ( OFDM)   [ 1 4 ]   ar e  a  f ew  o f   th ese  m eth o d s .   Alth o u g h   W DM   s y s tem s   tr an s f er   lar g e  am o u n ts   o f   d ata,   th e  f ib er   ac ce s s   n etwo r k ' s   s tab ilit y   an d   r eliab ilit y   ar e  ess en tial.  C o n s eq u en tl y ,   if   th e   lin k ed   f ib er   lin e  is   d e s tr o y ed   wh ile  h i g h - s p ee d   an d   wid e - ca p ac ity   s ig n al  tr an s m is s io n   is   o cc u r r in g   in   s u ch   p ass iv e  o p tical  n etwo r k   ( PON )   n etwo r k s ,   it  will im p ac t th e  ass o ciate d   en d - u s er s '   n etwo r k   co n n ec tio n   [ 1 5 ] .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         Hig h   s p ee d   s p a ce   d ivis io n   mu ltip lexin g   b a s ed   in teg r a te d   fib er  …  ( K a ka r la   P h a n ee n d r a   K u ma r )   1747   A  p o s s i b le   m et h o d   f o r   ef f ec ti v ely   s en d i n g   as y n c h r o n o u s   d ata   s i g n als   f r o m   n u m e r o u s   u s e r s   th r o u g h   a   n et wo r k   is   o p t ica l  c o d e   d iv is i o n   m u lti p l e  a cc ess   ( OC DM A ) .   Data   f r o m   ea c h   i n d i v i d u al  u s e r   is   c o d e d   u n iq u e l y ,   in   o r d er   t o   e n h a n c e  u s e r   s ec u r it y   an d   p r i v a cy ,   all  d ata  f r o m   n u m e r o u s   u s e r s   is   m u lti p l e x e d   an d   tr an s f e r r e d   s im u lt an eo u s l y .   Va r i o u s   c o d es   c a n   b e   u s e d ,   s u ch   d y n a m ic   c y clic   s h i f t   ( DC S ) ,   r an d o m   d i a g o n al   ( R D ) ,   d i ag o n a l  p e r m u t ati o n   s h i f t   ( DPS ) ,   a n d   e n h a n c ed   d o u b le  w ei g h t  ( E DW ) .   T h e  u s a g e   o f   t h es e  c o d es  is   co m p lic at ed   b y   t h e   ex is te n c e  o f   p h ase - i n d u ce d   i n t en s i ty   n o is e  ( P I I N )   ca u s e d   b y   m u lti p l e  a cc ess   i n t er f e r e n ce   ( MA I ) ,   e v e n   th o u g h   th es e  c o d es  ca n   p r o v id e  e n c r y p ti o n ,   w h i ch   n e ed s   t o   b e  i ll u m i n at e d   b y   s u i ta b le   d et ec ti o n   t ec h n i q u es  [ 1 6 ] .    Ho wev er ,   t h e  s p atial  in te n s ity   d is tr ib u tio n   p r o p er t y   o f   t h e  o p tical  ca r r ier   s ig n al  was  u s ed   b y   s p ac e  d iv is io n   m u ltip lex in g   ( SDM)   t ec h n iq u es  f o r   tr a n s m itti n g   m u ltip le  in f o r m atio n   s ig n als  s im u ltan eo u s ly   [ 1 7 ] .   I n   o r d er   to   in cr ea s e  tr a n s m is s io n   ca p ac ity ,   v a r io u s   in d ep en d en t   in f o r m atio n   m ess ag es  ca n   n o w   b e   co m m u n icate d   u tili zin g   two   o r   m o r e  o v er lap p i n g   o r th o g o n a l  m o d es  d u e  t o   a   tech n iq u e  ca lled   Mo d e   d iv is io n   m u ltip lex in g ,   o r   m o d e  d iv is io n   m u ltip lex in g   ( MD M ) .   A  m o r e  m o d e r n   ap p r o ac h   to   s p atial   d iv er s ity   is   ca lled   SDM,   it  u s e s   m an y   o p tical  f ib er   eig en m o d es  as  in d ep en d e n t  ch an n els  to   g en er ate  m u lti p le - in p u t  m u ltip le - o u tp u t  s y s tem s .   I n   th e  ev en t  th at  o n e  co n n ec tio n   f ails   d u r i n g   h ar s h   co n d itio n s ,   SDM  m ak es  it  p o s s ib le  to   p r o v id e   m u ltip le  lin k s   an d   ex t en d s   th e  m ax im u m   lin k   d is tan ce   [ 1 8 ] .   A  f r ee - s p ac e   o p tical  c o m m u n icatio n   s y s tem   u s in g   W DM   an d   f ast  h y b r id   s ig n al  in te r ac tio n   ar e   d is cu s s ed .   T h is   p ap e r   p r esen t s   an d   d em o n s tr ates  a  f ast  h y b r id   s ig n al   in   a   FSO   co m m u n i ca tio n   s y s tem   u s in g   W DM .   Fo r   th e  f ir s t  tim e,   a  s in g le  b ea m   is   u s ed   i n   th is   s tu d y   to   s en d   a   f ast  h y b r id   s ig n al  with   r ates  o f   1 0 ,   2 5 ,   2 8 ,   an d   3 2   Gb /s   th at  m ix es  f o u r   d i f f er en t  wa v elen g th s   th a t  ar e  m o d u lated   s ep ar ately .   S elec tin g   p ar am eter s   af ter   co n s id er in g   t h e  im p ac t  o f   th e  n u m b e r   o f   m ix ed   lig h t  c h an n els,  th e  ch an n el  s p ac in g ,   clea r   ey e  m ap p in g s   ar e  a  p o s itiv e  b it  er r o r   r ate  ( B E R )   ar e  p r o v id ed   b y   a  t u n a b le  o p tical  b an d p ass   f ilter   b a n d wid th   o n   s y s tem   p er f o r m an ce .   Ho we v er ,   th is   s y s tem   is   co s t - ef f ec tiv e  [ 1 9 ] .   An   o p tical  co m m u n icatio n   s y s tem   is   d escr ib ed   wh ich   is   o p er atin g   in   f r ee   s p ac e   with   at m o s p h er ic  lo s s es.  W ith   s p atial  d iv er s it y ,   W DM   i s   u s ed   at  d if f er en t  atm o s p h er ic  tu r b u le n ce   lev els.  T h e  au th o r s   d ev elo p e d   th e  FS O  g am m a  tu r b u len t  m o d el  with   n on - r etu r n   to   ze r o   ( NR Z )   m o d u latio n   f o r m at  an d   m u ltip le   in p u t  m u ltip le  o u tp u t  ( MI MO )   ( 8 ×8 ) .   O v er   a  r an g e  o f   2 - 4   k m ,   it  ac h iev ed   atten u atio n   lo s s   o f   1 0   d B /k m .   W ith   s u b s tan tial  air   tu r b u len ce   an d   1 0   d B /k m   atm o s p h e r ic  atten u atio n ,   th e  r ec o m m en d ed   m o d el  ca n   in cr ea s e  th e   lin k   d is tan ce   b y   u p   to   4   k m   [ 2 0 ] .   B y   u tili zin g   th e  ap p r o p r iate  o p tical  b an d s ,   a  c o m b in atio n   o f   f r ee   s p ac e  o p tics   an d   o p tical   n etwo r k s   was  cr ea ted   to   en ab le  h ig h - s p ee d   co m m u n icatio n   in   d i f f ic u lt  co n d itio n s .   Usi n g   o p tical  b an d s   co n v e n tio n al  ( C )  s h o r t  ( S )   an d   o r ig in al  ( O )   to   co m b in e  o p tical  an d   FS O  lin es,  in cr ea s in g   n etwo r k   f lex ib ilit y   an d   wir eless   n etwo r k   co v er ag e   u n d er   d i f f i cu lt  co n d itio n s   a r e  th e  o b ject iv es.   W h en   th e  Kim   m o d el  was  u s ed   to   an aly ze   B E R   v alu es  u n d er   d if f er en t  w ea th er   co n d itio n s ,   th e  S  an d   C   b an d s   wer e  co n tin u o u s ly   u n d er p er f o r m ed   b y   th e   O  b an d .   T h e  s ig n al   q u ality   was  ass es s ed   u s in g   e y e  d iag r am s ,   an d   ev e n   i n   ad v er s e  w ea th er ,   th e   O  b an d   o u tp er f o r m ed   t h e  o th e r   two   b an d s .   All  th in g s   co n s id er e d ,   u s in g   th e  O  b an d   in   p a r ticu lar ,   th e  r esear ch   s u g g ests   th at  FS O  is   an   attr ac t iv e  ch o ice  f o r   q u ick   wir eless   co m m u n icatio n   [ 2 1 ] .   T h e  f r ee - s p ac e  v ec to r - m o d e - d iv is io n - m u ltip lex in g   s ig n al  tr a n s m is s io n   o f   2 2 8   Gb /s   b ased   o n   o p tical   f r eq u e n cy   co m b   tech n o lo g y   is   d escr ib ed .   T h is   tech n iq u e  is   s h o wn   ex p er i m en tally   an d   cr e ates  a  v ec to r - m o d e   d iv is io n   m u ltip lex in g   ( VM D M)   o v e r   a n   8 0 - cm   FS O  co n n e ctio n   u s in g   an   o p tical  f r e q u en cy   co m b .   T o   ac h iev e   th e  2 2 8   Gb it/s   d ata  tr an s m is s io n   r ate,   two   b asic  v ec to r   m o d es  with   a  d ir ec t  d etec tio n   O FDM   ( DD - OFD M)   s ig n al  s p an n in g   2 0   wav elen g t h s   h av e  b ee n   u s ed .   Acc o r d i n g   to   th e  r esu lt,  th is   VM DM   s y s tem   o u g h t  to   b e  a   v iab le  o p tio n   f o r   h ig h - ca p ac it y   s h o r t - r ea c h   o p tical  tr a n s m is s io n   n etwo r k s   [ 2 2 ] .   Fo r   f r ee - s p ac e   o p tical  ch a o tic  co m m u n icatio n   at  2 0   Gb p s ,   o r b ital  an g u lar   m o m en tu m   m u ltip lex in g   is   u s ed .   An   o r b ital  a n g u lar   m o m en tu m   ( OAM )   m u ltip lex in g   f r ee - s p ac e  all - o p tical  ch a o tic  co m m u n icatio n   s y s tem   th at  in cr ea s es   tr an s m i s s io n   ca p ac ity   an d   s ec u r ity   h as  b ee n   ex p er im en tally   d ev elo p ed   b y   th e  au th o r s .   Op tical  ch ao tic  s ig n als  a r e  u s ed   to   d is cr etely   tr an s m it  tw o   d is tin ct  OAM   wav e f o r m s   co n tain in g   2 0   Gb p s     ON - OFF   k ey in g   s ig n als  o v er   a  2   m   f r ee - s p ac e  lin k .   T h is   s tu d y   m ay   o p e n   u p   n ew  p o s s ib ilit ies  f o r   s tr u ctu r e d   lig h t  ap p licatio n s   in   o p tical  ch ao s   an d   lead   to   th e  d ev elo p m en t  o f   s af e,   h ig h - ca p ac ity   f r ee - s p ac e  ch ao tic  co m m u n icatio n   s y s tem s   in   th e  f u tu r e  [ 2 3 ] .   Fre e - s p ac e  o p tical  co m m u n ic atio n s   with   lar g e  ca p ac ity   u s in g   m id - in f r ar e d   wav elen g t h - d iv is io n - m u ltip lex in g   an d   m o d e - d i v is io n - m u ltip lex in g .   T h e   wav el en g th - d i v is io n - m u ltip lex in g   a n d   m o d e - d iv is io n - m u ltip lex in g   tech n iq u es  wer e  ex p er im en tally   d em o n s tr ated   b y   th e  au t h o r s   in   a  m i d - I R   FS O  lin k   at  a  d is tan ce   o f   ar o u n d   0 . 5   m eter s .   E ac h   o f   th e  t h r ee   wa v elen g th s   ( 3 . 3 9 6 ,   3 . 3 9 7 ,   an d   3 . 3 9 8   μ m )   t h at  m u ltip lex   o n   a   s in g le   p o lar izatio n   ca r r ies  two   o r b it al - an g u lar - m o m en t u m   ( OAM )   b ea m s .   I n   o r d er   to   g et  a  3 0 0   Gb it/s   o v er all   ca p ac ity ,   ea ch   b ea m   tr an s m its   5 0   Gb it/s   q u ad r at u r e - p h ase - s h if t - k ey in g   d ata  [ 2 4 ] .   R esear ch   o n   o p tical  co m m u n icatio n s   in   r ea l  atm o s p h er ic  cir cu m s tan ce s   co n d u cte d   in   f r e e  s p ac e  is   in v esti g ated .   I n   t h is   an aly s is ,   a  s im u latio n   en v ir o n m e n t  is   co n s tr u cted   an d   p r esen ted   f o r   f r ee   s p ac e  o p tical  co m m u n icatio n s   ( FS OC )   in v e s tig atio n   u n d e r   th ese   co n d itio n s .   T h e   atm o s p h er ic   ch an n el,   b ea m   d iv er g en ce   th at  v ar ies  with   d is tan ce ,   tu r b u len ce ,   a p p licab le   m o d u latio n   tech n iq u es  ar e   ex p lain e d   a n   o v er all  o v er v iew  o f   th e  ca p a b ilit ies  is   p r o v id e d .   T h is   p ap er ' s   in s ig h ts   s h o u ld   h elp   in   d eter m in in g   ca s es  u n d er   wh ic h   th e   FS OC   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   15 ,   No .   2 ,  Ap r il   20 25 :   1 7 4 5 - 1 7 5 3   1748   o f f er s   a  r ele v an t  p o ten tial  f o r   u s e  o r   th e  lim itin g   co n s i d er atio n s   b ec o m e  to o   im p o r tan t  an d   alter n ativ e   tech n o lo g ies n ee d   to   b e   tak en   in to   co n s id er atio n   [ 2 5 ] .   I t   i s   s h o w n   t h a t   t o   d e s i g n   a n d   e v a l u a t e   a  d e n s e   W D M   F SO   ( D W D M   F S O )   f o r   m u l t i p l e   i n p u t ,   m u l t i p le   o u t p u t   ( M I M O )   a p p l i ca t i o n s   u ti l i z i n g   f r e e   s p a c e  o p t i c a l s y s t em s .   DW DM   w it h   M I M O   i s   u s e d   t o   e s ta b l is h   a   f r e e  s p a c e   o p ti c a l  t r a n s m i t t e r   a n d   r e c e i v e r   li n k   t h a t  c a n   o v e r c o m e  t h e   a tt e n u a t i o n   t h a t   i s   p r e s e n t  i n   a d v e r s e   w e a t h e r   s i t u at i o n s .   T h e   p u r p o s e   o f   u t i l iz i n g   t h i s   d e s i g n   m e t h o d o l o g y   i s   t o   d e m o n s t r a t e   t h a t   M I M O   t ec h n o l o g y   e n h a n c e s   t h e   F SO   s y s t e m ' s   e f f i c ie n c y .   T h e   a d v a n t a g e s   o f   u t i li z i n g   M I M O   o v e r   s i n g l e   i n p u t   a n d   s i n g l e   o u t p u t   ( S I S O )   s y s te m s   a r e   d e m o n s t r a t e d   b y   a   c o m p a r i s o n   o f   t h e   r e s u lt s   o f   t h e   t w o   d e s i g n   a p p r o a c h e s   [ 2 6 ] .   Per f o r m an ce   a n aly s is   o f   a  m o d e  d iv is io n   m u ltip lex e d ,  h ig h   d ata  r ate  f r ee   s p ac e  o p tics   lin k   in   h ar d   wea th er   is   in v esti g ated .   I n   o r d er   to   tr an s m it  d ata   in   d i f f er e n t  d u s t  wea th er   s ce n ar io s ,   th e   au th o r s   an aly ze   a   m o d e  d iv is io n   m u ltip lex in g - b ased   2 ×1 0   Gb /s – 1 0   GHz   r ad io - o v er - f r ee - s p ac e   o p tics   ( R o FS O )   tr an s m is s io n   s y s tem   an d   d escr ib e  its   d esig n .   T h e  b in ar y   d i g ital  o p tical   m o d u latio n   tech n iq u es,  n am el y   NR Z   an d   r etu r n   to   ze r o   ( R Z ) ,   a r e  co m p ar ed   i n   t h e  p r o p o s ed   s y s tem .   T h e  r es u lts   s h o w  th at  th e  s u g g ested   s y s tem   with   NR Z   m o d u latio n   co v e r s   a  tr an s m is s io n   r an g e  o f   1 4 . 5   k m .   A t  R Z   m o d u latio n ,   th e  i n ten d e d   B E R   o f   1 0 −6   r esu lted   in   a  s ig n if ican t lin k   en h an ce m e n t o f   4 . 5   k m   wh en   th e   tr an s m is s io n   r an g e  was lim ited   to   1 0   k m   [ 2 7 ] .   An   an aly s is   is   co n d u cted   o n   h o w  a  d ec is io n   f ee d b ac k   e q u ali ze r   co u l d   im p r o v e   th e  p er f o r m an ce   o f   a  m o d e  d i v is io n   m u ltip lex i n g   f r ee   s p ac e  o p tical  co m m u n icati o n   s y s tem   u n d er   d if f er en t   atm o s p h er ic  co n d itio n s .   MD M  u tili ze s   a  d ec is io n   f ee d b ac k   eq u alize r   ( DFE)   with   m in im al  m ea n   s q u a r e  er r o r   ( MM SE)   f o r   th e   FS O  s y s tem .   T h e  DFE  is   b ein g   lo o k ed   i n to   with   v ar y in g   tap   co u n ts .   T h e  DFE' s   f ee d f o r war d   an d   f ee d b ac k   f ilter   co ef f icien ts   ar e  b o th   o p tim ized   b y   th e   MM SE  m eth o d .   Usi n g   Her m ite - Gau s s ian   ( HG)   m o d es,  th er e  ar e   f o u r   2 . 5   Gb p s   ch an n els  in   p ar all el  in   th e   s u g g ested   s tr u ct u r e .   T h e  r esu lts   s h o w  th at  t h e   DFE  eq u aliza tio n   tech n iq u e   s u cc ess f u lly   tr an s m its   1 0   Gb p s   in   m e d iu m   f o g ,   m ed iu m   h az e,   a n d   m ed iu m   r ain   in   clea r   wea th e r   at   4 0   m ,   8 0 0   m ,   1 4 0 0   m ,   an d   2   k m .   E y e  d iag r am s   an d   B E R   ar e  u s ed   f o r   p e r f o r m an ce   an al y s is ,   an d   th e  r esu lts   ar e  co m p a r ed   to   t h o s e  o f   t h e  tr ad itio n al  ap p r o ac h   [ 2 8 ] .   Hen ce ,   th is   wo r k   p r esen ts   h ig h   s p ee d   s p ac e  d i v is io n   m u ltip lex in g   b ased   in teg r ated   f ib er /FS O  tr an s m is s io n   s y s tem   an d   its   i m p ac t  o n   atm o s p h er ic  co n d itio n s   is   p r esen ted .   T h e  liter atu r e  s u r v ey   is   d is cu s s ed   af ter   th e  in tr o d u ctio n .   T h e  s ec tio n   2   d em o n s tr ates th e  m eth o d o lo g y   o f   h ig h - s p ee d   s p ac e  d i v is io n   m u ltip lex in g   b ased   in teg r ate d   f i b er /FS O  tr an s m is s io n   s y s tem   an d   its   im p ac t  o n   atm o s p h er ic  c o n d itio n s .   I n   s ec tio n   3 ,   th e   r esu lt o f   th e  an al y s is   is   ev alu ated .   Sectio n   4   h as th e  co n clu s i o n .         2.   M E T H O D   I n   th is   wo r k ,   h i g h   s p ee d   s p ac e   d i v is i o n   m u lt ip le x i n g   b ase d   i n te g r a te d   f ib er /FS O   t r a n s m is s i o n   s y s t em   an d   its   im p a ct   o n   at m o s p h e r i c   co n d iti o n s   is   p r ese n t e d .   Fi g u r e   1   d is p la y s   t h e   p r ese n t e d   s y s te m ' s   b l o c k   d ia g r a m .   T h is   a n a ly s is   p r ese n ts   th e  b l o c k   s c h em ati c  o f   a n   i n t eg r ate d   f i b e r /FS O   t r a n s m is s i o n   s y s te m   t h at   u s es  t wo   l i n e ar   p o la r i ze d   ( L P )   m o d es   a n d   SD M  f o r   li n e ar   m o d e   t r a n s m is s i o n .   T wo   L P   m o d es   L P 0 1   a n d   L P1 1 ,   a r e   c o n n ec t e d   in   o r d er   to   o f f e r   2 - in d e p en d en t  1 0   G b p s ,   1 0   G b p s   d at a  b its   o v e r   1 0 . 5   km  m u lti - m o d e  f ib er   ( MM F )   ( f ix e d )   a n d   FS O  ch an n el   u n d e r   v a r ia b l e  w ea t h e r   c o n d iti o n s .   W it h   a   1 0   Gb p s   s p ee d ,   t h e  tr an s m it te r   g a th e r s   t h e   d at a   b its   i n   an   ON - OFF   k e y i n g   s c h e m e   k n o wn   as  NR Z .   Ne x t ,   u s i n g   a   Ma c h - Z eh n d e r - m o d u lat o r   ( M Z M)   a n d   a  s p a tia l   lase r ,   F ig u r e   1   s h o ws   t h at   th ey   ar e   o p t ic all y   m o d u la te d   i n to   a   s e p a r at e   L P   m o d al   b e a m .   A   2 - m o d e   S DM   m u lti p l ex er   is   t h e n   u s e d   to   c o m b in e  b o t h   o f   t h e   o p tic all y   m o d u lat ed   m o d a l  b e am s .   U n d e r   c h a n g i n g   we at h e r   co n d iti o n s ,   t h e  1 0 .5   k m   MM F   lin k   a n d   t h e  FS O   c h an n el  a r e   u s ed   t o   tr an s p o r t  th e  2 0   Gb p s   S DM   s i g n a l.     Dif f er en t a tm o s p h e r ic  co n d itio n s   ex is t in   f r ee   s p ac e,   w h er e  th e  m o d u lated   s ig n als ar e  tr an s m itted :   a.   FS O  m o d el:     T h e  wea th er   o u ts id e  h as  a  m a jo r   im p ac t  o n   th e  FS O  tr an s m is s io n   s y s tem   p er f o r m s .   I n   t h is   r esear ch ,   v ar io u s   wea th er   co n d itio n s   wh ich   af f ec t  th e  s y s tem ' s   f u n ctio n ality   ar e  in v esti g ated .   T o   d iv id e  L P  m o d es,  a     2 - m o d e   SDM  d em u ltip lex er   ( DE MU X)   is   u tili ze d .   A  lo w  p ass   f ilter   ( L PF )   an d   a  PIN   ( p o s itiv e - in tr in s ic   n eg ativ e  d i o d e )   d etec to r   ar e   u s ed   to   ex tr ac t   th e  d ata.   T h e  o p tical  SDM  s ig n al  is   co llected   at  th e  r ec eiv e r   p la n e  u s in g   a  2 - m o d e  SDM  d e - m u ltip lex er .   T h e  r ec eiv ed   p o we r   ( ) ,   wh ich   d ep e n d s   o n   th e  t r an s m itted   p o wer   (  ) ,   is   ex p r ess ed   in   ( 1 )   a s :     =  × [ 2 ( +  ) 2 ] × 10 −  / 10   ( 1 )     b.   R ain   atten u atio n   R ain   is   th e  p r im ar y   co m p o n en t o f   atten u atio n   th at  d ec r ea s es  th e  r ec eiv ed   s ig n al  an d   im p ac ts   th e  FS O   lin k .   I t is ex p r ess ed   in   ( 2 )   as :     =    ( 2 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         Hig h   s p ee d   s p a ce   d ivis io n   mu ltip lexin g   b a s ed   in teg r a te d   fib er  …  ( K a ka r la   P h a n ee n d r a   K u ma r )   1749   wh er e    r ep r esen ts   th e  r ain   r ate  ( m m /h r )   an d   atten u atio n   o f   r ain   ( DB /k m ) ,   r esp ec tiv ely .   T h e  f r eq u e n cy   an d   s u r r o u n d in g   tem p er atu r e  a f f ec t th e  co ef f icien ts     an d   .   c.   Haz e  an d   f o g   atten u atio n   Par ticles  o f   s m o k e   an d   d u s t  r em ain   in   th e   atm o s p h er e   f o r   lo n g er   th an   r ai n   d u e  t o   a tm o s p h er ic   p h en o m en a  s u ch   as h az e  an d   f o g   wea th er .   T h er e f o r e,   th e y   s ig n if ican tly   wo r s en   th e  FS O  tr an s m is s io n   s y s tem s   p er f o r m .   T h e   ex p r ess io n   f o r   th e  atten u atio n   o f   h az e  a n d   f o g   i s   ex p r ess ed   in   ( 3 )   as:     ℎ ,  = 3 . 91 2 ( 550  ) −   ( 3 )     wh er e    is   th e  s ca tter in g   p ar ticle's  s ize  d is tr ib u tio n ,     is   th e  wav elen g th   in   n m ,     is   th e  v is ib ilit y   ( k m ) ,   a n d     ℎ ,    is   th e  h az e/f o g   atten u atio n   ( d B /k m ) .   E q u atio n   ( 4 )   d ef in es th e  atten u atio n   in   s n o w  co n d itio n s   as :     = { 0 . 72 ( 5 . 42 × 10 − 5 ) + 5 . 49             1 . 38 ( 1 . 02 × 10 − 4 ) + 3 . 78             }   ( 4 )     Fu r th er m o r e ,   clim ate - r elate d   ch an g es  in   th e   air ' s   r ef r ac tiv e  in d ex   s tr u ctu r e ,   o r   2 ,   Air   in till atio n   ca u s es  th e  s tr o n g est  B E R   an d   v ar ies  f r o m   1 0 - 17   m - 2/3   f o r   wea k   tu r b u len ce   ( W T )   to   1 0 - 13   m - 2/3   f o r   s tr o n g   tu r b u len ce   ( ST) .   I t  also   af f ec ts   th e  in ten s ity   o f   th e  o p tical  r ec eiv ed   s ig n al.   Sev er al  m o d el s ,   s u ch   as  g am m a - g am m a,   - d is tr ib u tio n ,   a n d   l o g - n o r m al,   ar e  u s ed   to   m o d el  th e  FS O  ch an n el  wh en   t h er e  is   an   air   tu r b u len ce   ef f ec t.  T h e  K - d is tr ib u tio n   m o d el  is   u s ed   f o r   ST  wea th er ,   w h ile  th e  lo g - n o r m al  m o d el  is   u s ed   f o r   wea th er   i n   W T   an d   clea r   air   ( CA ) .   T h is   s tu d y   co n s id er s   th e  g am m a - g a m m a  ( GG)   d is tr ib u tio n   s in ce   i t  is   a  p o p u lar   m o d el  th at  wo r k s   with   a  n u m b er   o f   t u r b u len ce s ,   in clu d in g   W T ,   m o d er ate  tu r b u le n ce   ( MT ) ,   an d   ST.   T h e  eq u atio n   ( 5 )   d ef in es th e  p r o b ab ilit y   d en s ity   f u n ctio n   ( PDF):     ( ℎ ) = 2   (  ) + 2 Γ ( α ) Γ ( β ) ℎ + 2 − ( 2 √  ℎ ) ; ℎ > 0   ( 5 )     w h er e  ,   ar e  d ef in ed   i n   ( 6 )   an d   ( 7 )   as:     = {  [ 0 . 49 2 ( 1 + 0 . 65 2 + 1 . 11 12 5 ) 7 6 ] − 1 }   − 1   ( 6 )     = {  [ 0 . 51 2 ( 1 + 0 . 69 12 / 5 ) − 5 / 6 ( 1 + 0 . 9 2 + 0 . 62 12 / 5 ] − 1 } − 1   ( 7 )     wh er e  , ,  ℎ ,  ( . ) ,   ,   an d   r 2   co n tain s   th e  n u m b er   o f   ed d ies,  wh eth er   lar g e   an d   s m all,   th e  am o u n t  o f   wea th er - in d u ce d   s ig n al   atten u atio n ,   th is   m ea n s   th at  t h e  R y t o v   v ar ian ce   is   o n e   o f   th e   d ep en d en t  v ar iab les  o n   2 ,   th e  g am m a   f u n ctio n ,   a n d   th e   n o r m alize d   r ec eiv er   c o llectio n   len s .   Fo r   W T ,   MT ,   a n d   ST,   th e  v alu es  o f   2   ar e  1 × 10 - 17   m - 2/3 ,   5 × 10 - 15   m - 2/3 ,   an d   1 × 10 - 13   m - 2/3 ,   r esp ec tiv ely .   R y to v   v ar ian ce   is   u s ed   to   ca teg o r ize  th es e   tu r b u len ce s   in to   th r ee   ty p es: W T ,   MT ,   an d   ST,   r 2 ,   wh ich   d e p en d   o n   2   an d   is   ex p r ess ed   in   ( 8 ) .     2 = 1 . 23 2 7 / 6  11 / 6   ( 8 )     Fu r th er m o r e ,   th e   R y to v   v ar ia n ce   p r o v id es  a n   im p o r tan t  d if f er en ce   am o n g s t  th e   v a r io u s   FS O  lin k s ,   as  if   less   th an   1 2   ,   th en   th at  m ea n s   W T   o c cu r s ,   in   co n tr ast,  MT   h ap p en s   if   2   is   alm o s t  eq u al  to   1 ,   ST  o c cu r s   if   2   is   m o r e  th an   1 .   T h e  tu r b u len ce   is   s atu r ated   if   2   ap p r o ac h es in f in i ty .   Ph ase  in d u ce d   in ten s ity   ( PII N)   n o is e,   th e  th r ee   ty p es  o f   n o is e  th at  ar e  p r esen t  h er e  ar e  s h o t  n o is e,   th er m al  n o is e,   an d   o th e r   n o is e s .   T h e  PII N  n o is e  is   ex p r ess ed   in   ( 9 ) .     = (  ) 2 ( + 1 )   ( 9 )     wh er e    is   th e  elec tr ical  b an d wid th   in   Hz  an d     is   th e  elec tr o n   ch ar g e  in   .   T h e  eq u atio n   ( 1 0 )   ex p r ess ed   th e  s h o t n o is e  f o r m u la.     ℎ     = 2 < >   ( 1 0 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   15 ,   No .   2 ,  Ap r il   20 25 :   1 7 4 5 - 1 7 5 3   1750   T h er m al  n o is e  is   r ep r esen ted   i n   ( 1 1 )   as:     ℎ    = 4   ( 1 1 )     wh er e    is   th e  r ec eiv er ' s   ab s o lu te  tem p er atu r e   an d     is   its   lo ad   r esis tan ce ,   an d     is   th e  B o ltzm an n   co n s tan t.   Nex t,  th e  SNR   is   s tated   as in   ( 1 2 ) .      = ( ) 2 ℎ      +     + ℎ       ( 1 2 )     T h e  b it  er r o r   r ate  ( B E R )   is   ex p r ess ed   in   ter m s   o f   Q - f ac to r   an d   SNR   as in   ( 1 3 )   an d   ( 1 4 )   r esp ec tiv ely .      = 1 2  ( √ 2 )   ( 1 3 )      = 1 2  ( √  2 √ 2 )   ( 1 4 )     Fu r th er m o r e ,   th e  er r o r   c o m p le m en tar y   f u n ctio n   is   in d icate d   b y    .           Fig u r e  1 .   B lo ck   d iag r am   o f   h ig h - s p ee d   s p ac e  d iv is io n   m u ltip lex in g   b ased   in teg r ated   f ib er   tr an s m is s io n   s y s te m  tr an s m is s io n   s y s tem       3.   RE SU L T S AN D  D I SCU SS I O N   I n   th is   wo r k ,   h ig h   s p ee d   s p ac e   d iv is io n   m u ltip lex in g   b ased   i n teg r ated   f ib e r /FS O  tr an s m is s io n   s y s tem   an d   its   im p ac t  o n   atm o s p h er ic   co n d itio n s   is   d em o n s tr ated .   Fo u r   wea th er   co n d itio n s   ar e  ca t eg o r ized   b ased   o n   th e  r esu lts .   T h e  Fig u r e  2   s h o ws  th e  s y s tem   r esu lts   u n d er   clea r   s k y   co n d itio n s .   T h e  C A  co n d itio n   r esu lts   ar e   d em o n s tr ated   f o r   l og   ( B E R )   an d   R OP in   Fig u r e  2   ( a)   an d   2 ( b )   r esp ec tiv ely .     W ith   clea r   wea th er ,   th is   tr an s m is s io n   s y s tem   h as  ac h iev e d   a  v er y   lo w   atten u atio n   o f   0 . 1 3 8   d B / k m ,   wh ich   is   an   ex tr e m ely   less   v a lu e  wh en   th e   s k y   is   clea r .   Sh o r ter   FS O  lin es  o p er ate   b etter   th an   lo n g er   o n es,   with   lo w  lo g   ( B E R )   an d   g o o d   r ec eiv ed   s ig n al  q u ality .   T h is   s y s tem   h as  a  lo g   ( B E R )   o f   - 7 . 9   an d   a  m ax im u m   FS O  r an g e  o f   6   k m .   Fr o m   Fi g u r e  2 ( b )   it  is   o b s er v e d   th at  r an g e  h as  e f f ec t  o n   R OP.  T h e  s h o r ter   r a n g es  h av e   h ig h   R OP c o m p ar ed   to   lo n g er   r an g es.  At  6   k m   FS O  r an g e,   th e  R OP i s   - 0 . 0 2   d B   an d   - 1 2   d B   wh en   th e  d is tan ce   b etwe en   tr an s m itter   an d   r ec eiv er   is   1 8   km .   T h e   Fig u r e   3   s h o ws  th e  FS O  m o d el   p er f o r m an ce   v e r s u s   FS O  p r o p a g atio n   r an g e   u n d er   s n o wy   co n d itio n s .   T h e   Fig u r e   3 ( a)   an d   3 ( b )   s h o ws  lo g   ( B E R )   u n d e r   d r y   an d   wet  s n o w   ( W S)   an d   3   ( c )   an d   3 ( d )   s h o ws R OP u n d er   d r y   a n d   WS   wea th er   co n d itio n s .   A t t e n u a ti o n   is   c a u s e d   d u e   t o   t h e   s n o w  f a l l  a n d   i t  d i f f e r s   b a s e d   o n   t h e   t y p e  o f   s n o w f al l   w e a t h e r   i t   i s   d r y   o r   w e t .   T h e   a t t e n u at i o n   c a u s e d   d u e   t o   WS   is   1 3 . 7 8   d B / k m .   T h i s   FS O   s y s t e m   p r o p a g a t es   m ax i m u m   p r o p a g a t i o n   r a n g e   o f   1 0 0 0   m   u n d e r   WS   wit h   - 0 . 1 3   d B m   a n d   u n d e r   d r y   s n o w   ( D S )   i t  p r o p a g a t e s   2 2 0   m   w i t h   0 . 5 1   d B m   a n d   t h e   l o g   ( B E R )   o f   - 3 . 2   f o r   DS   an d   - 3 . 6   f o r   WS .   T h e   T a b l e   1   s h o w s   t h e   F S O   r a n g e   a n d   R OP   a t  s n o w   c o n d i t i o n s .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         Hig h   s p ee d   s p a ce   d ivis io n   mu ltip lexin g   b a s ed   in teg r a te d   fib er  …  ( K a ka r la   P h a n ee n d r a   K u ma r )   1751   T h e  s y s tem 's  p er f o r m an ce   is   ev alu ated   u n d e r   T u r b u len ce   co n d itio n s   s u ch   as  MT ,   ST ,   an d   W T .   T h e   Fig u r e  4   d is p lay s   th e  lo g   ( B E R )   u n d er   tu r b u len ce   c o n d iti o n s .   Fig u r e  4   d em o n s tr ates  th at  th e  p er f o r m an ce   d ec r ea s es  as  th e  d is tan ce   r a n g e  in cr ea s es  an d   t h e  tu r b u len ce   g ets  s tr o n g er .   T h is   FS O  m o d e l  p r o p a g ates  8 6 0   m  with   lo g   ( B E R )   o f   - 2 . 2   u n d er   wea k   tu r b u len ce .   Fo r   th e  s am e  r an g e,   th e  lo g   ( B E R )   f o r   MT   an d   ST  ar e  0 . 5   an d   - 2 . 1   r esp ec tiv el y .           ( a)   ( b )     Fig u r e  2 .   T h e  r esu lts   u n d e r   cle ar   air   f o r   2   ( a )   L o g   ( B E R )   an d   2 ( b )   R OP ( d B m )           ( a)   ( b )         ( c)   ( d )     Fig u r e  3 .   FS O  m o d el  p er f o r m an ce   u n d er   s n o wy   v er s u s   FS O  p r o p a g atio n   r an g e  ( a)   L o g   ( B E R )   o f   DS ,    ( b )   L o g   ( B E R )   o f   WS ,   ( c)   R OP o f   DS ,   an d   ( d )   R OP o f   WS       T ab le  1 .   s h o ws th e  p r o p o s ed   F SO ' s   F SO r an g e  an d   m atch in g   R OP f o r   s n o w  co n d itio n s   at  B E R   - 3   Sn o w  co n d itio n   FS O  r an g e   (m)   R OP ( d B m )   WS   1000   - 0 . 1 3   DS   220   0 . 5 1   - 1 0 -8 -6 -4 -2 0 6 8 10 12 14 16 18 20 L o g   ( B E R) Ra ng e  ( k m ) L og ( B E R ) - 1 5 - 1 0 -5 0 4 6 8 10 12 14 16 18 20 RO P ( dB m ) Ra ng e  ( k m ) R O P -4 -3 -2 -1 0 2 0 0 2 2 0 2 4 0 2 6 0 2 8 0 3 0 0 L o g ( B E R) Ra ng e  ( m ) L og (B E R ) Dr y   S n o w -4 -3 -2 -1 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 2 0 0 1 4 0 0 1 5 0 0 L o g ( B E R) Ra ng e( m ) Log ( BE R ) W et  Sn o w - 1 5 - 1 0 -5 0 5 2 0 0 2 4 0 2 8 0 3 2 0 3 6 0 R o p ( d B m ) Ra ng e  ( m ) RO P   ( dB m ) D r y   S n o w - 1 5 - 1 0 -5 0 2 0 0 4 0 0 6 0 0 8 0 0 1 0 0 0 1 2 0 0 1 3 0 0 1 4 0 0 1 5 0 0 RO P ( dB m ) Ra ng e  ( m ) RO P ( dB m ) W e t   S n o w Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   15 ,   No .   2 ,  Ap r il   20 25 :   1 7 4 5 - 1 7 5 3   1752       Fig u r e  4 .   Pre s en ted   FS O  m o d el  u n d er   t u r b u len ce       4.   CO NCLU SI O N   Hig h   s p ee d   s p ac e  d iv is io n   m u ltip lex in g   b ased   i n teg r ate d   f ib er /FS O  tr an s m is s io n   s y s tem   an d   its   im p ac t  o n   atm o s p h er ic  co n d it io n s   is   p r esen ted   in   th is   wo r k .   T h is   p ap er   p r esen ts   an d   i n v esti g ates  th e  h ig h - s p ee d   L P  m o d es - b ased   SDM  tr an s m is s io n   in   th e  FS O   co m m u n icatio n   lin k   u n d er   v ar io u s   atm o s p h e r ic   co n d itio n s ,   i n clu d in g   tu r b u len ce   an d   s n o w.   I n   a   1 0 . 5   k m   M MF  lin k ,   two   1 0   Gb p s   s ig n als ar e  tr an s p o r ted   o v e r   two   d if f er e n t  L P  m o d es  ( L P0 1   an d   L P1 1 ) ,   with   th e  FS O  tr an s m is s io n   r an g es  b ei n g   im p a cted   b y   th e   ex ter n al   atm o s p h er ic  wea th er .   W h en   it  is   ex p o s ed   to   th ese  co n d itio n s ,   R OP   an d   lo g   ( B E R )   ar e  u s ed   to   ex p r ess   th e  p er f o r m an ce .   T h is   FS O  ca n   g o   u p   t o   6   k m   in   C S  co n d iti o n s .   T h e   m in im u m   r an g e   is   2 2 0   m eter s   in   DS .  C o n s id er in g   th e  ef f ec ts   o f   v ar io u s   tu r b u len ce   ty p es,  u n d er   W T   co n d itio n s ,   u p   to   8 6 0   m eter s   ca n   b e   p r o p a g ated   b y   th e  s u g g ested   FS O  m o d el.   C o m p ar e d   to   ea r lier   m o d els,  th is   m o d el  h as  ac h iev ed   b ette r   p er f o r m an ce   u n d er   v ar io u s   wea th er   co n d itio n s .   T h u s ,   th is   m eth o d   ca n   b e  u s ed   in   m et r o p o litan   ar ea s   a n d   cities  wh er e  co n n ec tin g   f ib er   ca b le  is   co s tly   an d   ch allen g in g .   I n   f u tu r e,   h y b r id   m u ltip lex in g   tech n iq u es  will  b e  im p lem en ted   to   f u r th er   im p r o v e  th e  FS O  p er f o r m a n ce   u n d er   v ar i o u s   wea th er   co n d itio n s .       RE F E R E NC E S   [ 1 ]   V .   K .   M a n i   a n d   V .   K u m a r ,   “ F r e e - s p a c e   o p t i c a l   c h a n n e l   p e r f o r m a n c e   u n d e r   a t m o s p h e r i c   l o ss e s  u si n g   o r t h o g o n a l   f r e q u e n c y   d i v i s i o n   mu l t i p l e x i n g , ”   I n d o n e si a n   J o u r n a l   o f   E l e c t r i c a l   E n g i n e e r i n g   a n d   C o m p u t e r   S c i e n c e ,   v o l .   2 5 ,   n o .   3 ,   p p .   1 5 7 1 – 1 5 7 9 ,     M a r .   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 1 1 5 9 1 / i j e e c s . v 2 5 . i 3 . p p 1 5 7 1 - 1 5 7 9 .   [ 2 ]   M .   M .   A .   Ei d   a n d   A .   N .   Z.   R a sh e d ,   “ H y b r i d   N R Z / R Z  l i n e   c o d i n g   sc h e m e   b a se d   h y b r i d   F S O / F O   d u a l   c h a n n e l   c o mm u n i c a t i o n   sy st e ms, ”   I n d o n e si a n   J o u r n a l   o f   E l e c t r i c a l   E n g i n e e r i n g   a n d   C o m p u t e r   S c i e n c e ,   v o l .   2 2 ,   n o .   2 ,   p p .   8 6 6 – 8 7 3 ,   M a y   2 0 2 1 ,     d o i :   1 0 . 1 1 5 9 1 / i j e e c s . v 2 2 . i 2 . p p 8 6 6 - 8 7 3 .   [ 3 ]   F .   El - N a h a l ,   T .   X u ,   D .   A l Q a h t a n i ,   a n d   M .   Le e s o n ,   “ A   b i d i r e c t i o n a l   w a v e l e n g t h   d i v i s i o n   m u l t i p l e x e d   ( W D M )   f r e e   sp a c e   o p t i c a l   c o mm u n i c a t i o n   ( F S O )   sy s t e m  f o r   d e p l o y me n t   i n   d a t a   c e n t e r   n e t w o r k s  ( D C N s) , ”   S e n so r s ,   v o l .   2 2 ,   n o .   2 4 ,   p p .   1 – 1 3 ,   D e c .   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 3 3 9 0 / s 2 2 2 4 9 7 0 3 .   [ 4 ]   V .   M a i   a n d   H .   K i m,  “ B e a m  st e e r i n g   a n d   d i v e r g e n c e   c o n t r o l   u si n g   v a r i a b l e   f o c u s  l i q u i d   l e n s e s  f o r   W D M   F S O   c o mm u n i c a t i o n s, ”   I EEE  P h o t o n i c s   T e c h n o l o g y   L e t t e rs ,   v o l .   3 4 ,   n o .   2 2 ,   p p .   1 2 2 6 – 1 2 2 9 ,   N o v .   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / LPT . 2 0 2 2 . 3 2 1 0 0 2 4 .   [ 5 ]   H .   S a i d i   a n d   N .   H a m d i ,   “ E n d - to - e n d   p e r f o r m a n c e   o f   D F   m u l t i h o p   h y b r i d   R F / F S O   s y st e m  u si n g   M P P M   c o d i n g   a n d   M I M O   t e c h n i q u e   u n d e r   d e p e n d e n t   G G   t u r b u l e n c e   c h a n n e l s , ”   I n d o n e si a n   J o u r n a l   o f   El e c t ri c a l   En g i n e e ri n g   a n d   C o m p u t e r  S c i e n c e ,    v o l .   1 9 ,   n o .   2 ,   p p .   8 1 1 – 8 1 8 ,   A u g .   2 0 2 0 ,   d o i :   1 0 . 1 1 5 9 1 / i j e e c s. v 1 9 . i 2 . p p 8 1 1 - 8 1 8 .   [ 6 ]   A .   M .   D e h n a w   e t   a l . ,   “ I n t e g r a t e d   s e n so r - o p t i c s  c o m mu n i c a t i o n   s y st e m  u si n g   b i d i r e c t i o n a l   f i b e r   a n d   F S O   c h a n n e l s   a n d   h y b r i d   d e e p   l e a r n i n g   t e c h n i q u e s , ”   S e n s o rs ,   v o l .   2 3 ,   n o .   2 0 ,   p p .   8 4 3 4 ,   O c t .   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 3 3 9 0 / s 2 3 2 0 8 4 3 4 .   [ 7 ]   M .   K a ma l   e t   a l . ,   “ F r e e   sp a c e   o p t i c s   t r a n smiss i o n   p e r f o r ma n c e   e n h a n c e men t   f o r   su s t a i n i n g   5 G   h i g h   c a p a c i t y   d a t a   s e r v i c e s,”   Mi c r o m a c h i n e s ,   v o l .   1 3 ,   n o .   8 ,   p p .   1 2 4 8 ,   A u g .   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 3 3 9 0 / mi 1 3 0 8 1 2 4 8 .   [ 8 ]   S .   El - M o t t a l e b ,   M .   S i n g h ,   A .   C h e h r i ,   H .   A h me d ,   M .   Ze g h i d ,   a n d   A .   K h a n ,   “ C a p a c i t y   e n h a n c e m e n t   f o r   f r e e   sp a c e   o p t i c s   t r a n s mi ss i o n   s y st e m  u si n g   o r b i t a l   a n g u l a r   m o me n t u m  o p t i c a l   c o d e   d i v i si o n   m u l t i p l e   a c c e s s  i n   5 G   a n d   b e y o n d   n e t w o r k s , ”   En e r g i e s ,   v o l .   1 5 ,   n o .   1 9 ,   p p .   1 – 1 9 ,   S e p .   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 3 3 9 0 / e n 1 5 1 9 7 1 0 0 .   [ 9 ]   H .   S i n g h ,   N .   M i t t a l ,   R .   M i g l a n i ,   H .   S i n g h ,   G .   S .   G a b a ,   a n d   M .   H e d a b o u ,   “ D e si g n   a n d   a n a l y s i s  o f   h i g h - sp e e d   f r e e   sp a c e   o p t i c a l   ( F S O )   c o mm u n i c a t i o n   s y st e m fo r   su p p o r t i n g   f i f t h   g e n e r a t i o n   ( 5 G )   d a t a   S e r v i c e s  i n   D i v e r se  g e o g r a p h i c a l   l o c a t i o n s o f   I n d i a , ”   I EE E  Ph o t o n i c s   J o u r n a l ,   v o l .   1 3 ,   n o .   5 ,   p p .   1 – 1 2 ,   O c t .   2 0 2 1 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / JP H O T. 2 0 2 1 . 3 1 1 3 6 5 0 .   [ 1 0 ]   F .   T .   M a h m o o d ,   A .   H .   A l i ,   a n d   A .   H .   A l i   H a e d e r ,   “ W e a t h e r s   e f f e c t   o n   t h e   f r e e   s p a c e   o p t i c s   c o m m u n i c a t i o n   s y s t e m , ”   I n d o n e s i a n   J o u r n a l   o f   E l e c t r i c a l   E n g i n e e r i n g   a n d   C o m p u t e r   S c i e n c e ,   v o l .   3 1 ,   n o .   1 ,   p p .   2 2 2 – 2 2 8 ,   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 1 1 5 9 1 / i j e e c s . v 3 1 . i 1 . p p   2 2 2 - 2 2 8 .   [ 1 1 ]   M .   S i n g h ,   J .   K ř í ž ,   M .   M .   K a mr u z z a man ,   V .   D h a s a r a t h a n ,   A .   S h a r ma ,   a n d   S .   A .   A b d   E l - M o t t a l e b ,   “ D e si g n   o f   a   h i g h - sp e e d   O F D M - S A C - O C D M A - b a se d   F S O   s y st e m  u si n g   ED W   c o d e s  f o r   su p p o r t i n g   5 G   d a t a   ser v i c e s  a n d   s mart   c i t y   a p p l i c a t i o n s , ”   Fro n t i e rs  i n   P h y s i c s ,   v o l .   1 0 ,   p p .   1 – 1 1 ,   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 3 3 8 9 / f p h y . 2 0 2 2 . 9 3 4 8 4 8 .   [ 1 2 ]   S .   S i n h a   a n d   C .   K u mar,   “ Ev a l u a t i o n   o f   a   h i g h - sp e e d   h y b r i d   O A M - O F D M - M D M   m u l t i p l e x e d   c o h e r e n t   F S O   s y st e m   u n d e r   d e ser t   c o n d i t i o n s , ”   O p t i c a   A p p l i c a t a ,   v o l .   5 3 ,   n o .   3 ,   p p .   4 3 1 – 4 4 5 ,   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 3 7 1 9 0 / o a 2 3 0 3 0 8 .   -4 - 3 . 5 -3 - 2 . 5 -2 - 1 . 5 -1 - 0 .5 0 7 0 0 8 0 0 9 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 2 0 0 L o g ( B E R) Ra ng e  ( m ) No   Tu rb u lan c e Wea k   T u rb u lan c e M o d e ra te T u rb u le n c e S tro n g   Tu rb u lan c e Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         Hig h   s p ee d   s p a ce   d ivis io n   mu ltip lexin g   b a s ed   in teg r a te d   fib er  …  ( K a ka r la   P h a n ee n d r a   K u ma r )   1753   [ 1 3 ]   S .   A .   A b d   El - M o t t a l e b ,   M .   S i n g h ,   H .   Y .   A h me d ,   M .   Z e g h i d ,   a n d   K .   S .   N i sar,  “ P e r f o r ma n c e   a n a l y si s  o f   a   s p e c t r a l - e f f i c i e n t   h i g h - sp e e d   h y b r i d   P D M - M D M   e n a b l e d   i n t e g r a t e d   M M F - F S O   t r a n sm i ssi o n , ”   I EEE  P h o t o n i c s   J o u r n a l ,   v o l .   1 5 ,   n o .   4 ,   p p .   1 – 1 2 ,   A u g .   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / JP H O T. 2 0 2 3 . 3 2 9 2 5 5 0 .   [ 1 4 ]   Y .   D o n g ,   C .   Z h e n g ,   P .   L i n ,   a n d   T.   W a n g ,   “ F r e e   s p a c e   o p t i c a l   c o mm u n i c a t i o n   s y st e m  b a se d   o n   t h e   c o m b i n a t i o n   o f   W D M   a n d   p o l a r i z a t i o n   m u l t i p l e x i n g , ”   i n   2 0 2 1   1 3 t h   I n t e rn a t i o n a l   C o n f e re n c e   o n   Ad v a n c e d   I n f o c o m m   T e c h n o l o g y   ( I C AI T ) ,   I EEE,   O c t .   2 0 2 1 ,   p p .   1 1 4 – 1 1 7 .   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / I C A I T5 2 6 3 8 . 2 0 2 1 . 9 7 0 2 0 4 0 .   [ 1 5 ]   C. - H .   Y e h ,   W . - P .   L i n ,   S . - Y .   J i a n g ,   S . - E.   H si e h ,   C . - H .   H su ,   a n d   C . - W .   C h o w ,   “ I n t e g r a t e d   f i b e r - F S O   W D M   a c c e ss  s y s t e m   w i t h   f i b e r   f a u l t   p r o t e c t i o n , ”   El e c t r o n i c s ,   v o l .   1 1 ,   n o .   1 3 ,   p p .   1 – 1 1 ,   J u l .   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 3 3 9 0 / e l e c t r o n i c s 1 1 1 3 2 1 0 1 .   [ 1 6 ]   S .   A .   A b d   E l - M o t t a l e b ,   M .   S i n g h ,   S .   A l sh a t h r i ,   W .   E l - S h a f a i ,   a n d   M .   H .   A l y ,   “ E n h a n c i n g   s e c u r i t y   a n d   c a p a c i t y   i n   F S O   t r a n s mi ss i o n   f o r   n e x t - g e n e r a t i o n   n e t w o r k s   u si n g   O F D M / O C D M A - b a se d   I C S M   c o d e s, ”   Fro n t i e rs  i n   Ph y si c s ,   v o l .   1 1 ,   p p .   1 – 1 2 ,   A u g .   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 3 3 8 9 / f p h y . 2 0 2 3 . 1 2 3 1 0 2 5 .   [ 1 7 ]   X .   W e n g   a n d   L .   T.   V u o n g ,   “ F r a c t a l ,   d i f f r a c t i o n - e n c o d e d   s p a c e - d i v i si o n   m u l t i p l e x i n g   f o r   F S O   w i t h   mi s a l i g n me n t - r o b u st ,   r o a m i n g   t r a n s c e i v e r s,”   S c i e n t i f i c   R e p o rt s ,   v o l .   1 2 ,   n o .   1 ,   p p .   1 – 9 ,   F e b .   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 1 0 3 8 / s 4 1 5 9 8 - 0 2 2 - 0 6 6 6 0 - 3.   [ 1 8 ]   F .   A .   B a r b o sa   a n d   F .   M .   F e r r e i r a ,   “ O n   a   s c a l a b l e   p a t h   f o r   m u l t i m o d e   S D M   t r a n sm i ssi o n , ”   J o u r n a l   o f   L i g h t w a v e   T e c h n o l o g y ,    v o l .   4 2 ,   n o .   1 ,   p p .   2 1 9 – 2 2 8 ,   J a n .   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / JL T. 2 0 2 3 . 3 3 0 8 7 7 7 .   [ 1 9 ]   X. - H .   H u a n g   e t   a l . ,   “ W D M   f r e e - sp a c e   o p t i c a l   c o mm u n i c a t i o n   s y st e m   o f   h i g h - s p e e d   h y b r i d   s i g n a l s, ”   I E EE   P h o t o n i c s   J o u r n a l ,    v o l .   1 0 ,   n o .   6 ,   p p .   1 – 7 ,   D e c .   2 0 1 8 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / JP H O T. 2 0 1 8 . 2 8 8 1 7 0 1 .   [ 2 0 ]   V .   V .   B e l g a o n k a r   a n d   S .   R a ma k r i s h n a n ,   “ F r e e   s p a c e   o p t i c a l   c o mm u n i c a t i o n   s y st e m  i n   t h e   p r e se n c e   o f   a t mo sp h e r i c   l o sses, ”   I n d o n e si a n   J o u r n a l   o f   El e c t ri c a l   E n g i n e e r i n g   a n d   C o m p u t e r   S c i e n c e ,   v o l .   3 3 ,   n o .   1 ,   p p .   1 5 9 – 1 6 6 ,   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 1 1 5 9 1 / i j e e c s. v 3 3 . i 1 . p p 1 5 9 - 1 6 6 .   [ 2 1 ]   M .   T.   R a h ma n ,   M .   R a h m a n ,   M .   M .   H o ssa i n ,   a n d   M .   S .   H .   C h o w d h u r y ,   “ I n t e g r a t i o n   o f   o p t i c a l   a n d   f r e e   s p a c e   o p t i c s  n e t w o r k   a r c h i t e c t u r e   f o r   h i g h - sp e e d   c o mm u n i c a t i o n   i n   a d v e r se  w e a t h e r   u si n g   su i t a b l e   o p t i c a l   b a n d s , ”   I n t e r n a t i o n a l   J o u rn a l   o f   E l e c t ri c a l   a n d   El e c t r o n i c s R e se a rc h ,   v o l .   1 1 ,   n o .   2 ,   p p .   3 2 8 – 3 3 3 ,   M a y   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 3 7 3 9 1 / i j e e r . 1 1 0 2 1 2 .   [ 2 2 ]   J.  Zh a n g ,   F .   L i ,   J .   Li ,   a n d   Z .   Li ,   “ 2 2 8   G b / s  v e c t o r - m o d e - d i v i si o n - mu l t i p l e x i n g   si g n a l   t r a n smiss i o n   i n   f r e e - s p a c e   b a s e d   o n   o p t i c a l   f r e q u e n c y   c o mb , ”   i n   2 0 1 7   1 6 t h   I n t e r n a t i o n a l   C o n f e re n c e   o n   O p t i c a l   C o m m u n i c a t i o n s  a n d   N e t w o r k s  ( I C O C N ) ,   I EEE,   A u g .   2 0 1 7 ,   p p .   1 – 3 .   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / I C O C N . 2 0 1 7 . 8 1 2 1 4 8 2 .   [ 2 3 ]   Y .   Z h a n g   e t   a l . ,   “ 2 0   G b p s   f r e e - s p a c e   o p t i c a l   c h a o t i c   c o mm u n i c a t i o n   b a se d   o n   o r b i t a l   a n g u l a r   m o me n t u m   m u l t i p l e x i n g , ”   i n   2 0 2 3   Asi a   C o m m u n i c a t i o n s  a n d   P h o t o n i c s  C o n f e re n c e / 2 0 2 3   I n t e rn a t i o n a l   Ph o t o n i c s   a n d   O p t o e l e c t ro n i c s  M e e t i n g s  ( AC P/ PO EM ) ,  I EEE,   N o v .   2 0 2 3 ,   p p .   1 – 4 .   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / A C P / P O EM 5 9 0 4 9 . 2 0 2 3 . 1 0 3 6 9 4 6 7 .   [ 2 4 ]   K .   Z o u   e t   a l . ,   “ H i g h - c a p a c i t y   f r e e - s p a c e   o p t i c a l   c o m mu n i c a t i o n s  u si n g   w a v e l e n g t h -   a n d   mo d e - d i v i s i o n - m u l t i p l e x i n g   i n   t h e   m i d - i n f r a r e d   r e g i o n , ”   N a t u r e   C o m m u n i c a t i o n s ,   v o l .   1 3 ,   n o .   1 ,   p p .  1 - 10 ,   D e c .   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 1 0 3 8 / s4 1 4 6 7 - 0 2 2 - 3 5 3 2 7 - w.   [ 2 5 ]   T.   S i e g e l   a n d   S . - P .   C h e n ,   “ I n v e st i g a t i o n s   o f   f r e e   s p a c e   o p t i c a l   c o m mu n i c a t i o n s   u n d e r   r e a l - w o r l d   a t m o s p h e r i c   c o n d i t i o n s, ”   Wi re l e ss   Pe r so n a l   C o m m u n i c a t i o n s ,   v o l .   1 1 6 ,   n o .   1 ,   p p .   4 7 5 – 4 9 0 ,   J a n .   2 0 2 1 ,   d o i :   1 0 . 1 0 0 7 / s 1 1 2 7 7 - 0 2 0 - 0 7 7 2 4 - 1.   [ 2 6 ]   F .   N a s h w a n   e t   a l . ,   “ D e si g n   a n d   a n a l y si s  o f   d e n s e   w a v e l e n g t h   d i v i s i o n   m u l t i p l e x i n g   f r e e   sp a c e   o p t i c a l   ( D W D M   F S O )   sy s t e m   w i t h   mu l t i p l e   i n p u t   m u l t i p l e   o u t p u t   ( M I M O ) , ”   i n   2 0 2 2   2 n d   I n t e r n a t i o n a l   C o n f e re n c e   o n   Em e r g i n g   S m a r t   T e c h n o l o g i e s  a n d   Ap p l i c a t i o n s (e S m a rT A) ,   I EEE,   O c t .   2 0 2 2 ,   p p .   1 – 8 .   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / e S m a r TA 5 6 7 7 5 . 2 0 2 2 . 9 9 3 5 4 8 2 .   [ 2 7 ]   M .   S i n g h   e t   a l . ,   “ P e r f o r m a n c e   i n v e s t i g a t i o n   o f   a   h i g h   d a t a   r a t e   m o d e   d i v i s i o n   mu l t i p l e x e d - f r e e   s p a c e   o p t i c s   l i n k   u n d e r   h a r sh   w e a t h e r   c o n d i t i o n s,”   Fr o n t i e rs  i n   Ph y si c s ,   v o l .   9 ,   A u g .   2 0 2 1 ,   p p . 1 - 9 .   d o i :   1 0 . 3 3 8 9 / f p h y . 2 0 2 1 . 7 4 3 5 4 5 .   [ 2 8 ]   A .   A l mo g a h e d ,   A .   A mp h a w a n ,   F .   M o h a mm e d ,   a n d   A .   A l a w a d h i ,   “ P e r f o r m a n c e   i mp r o v e me n t   o f   m o d e   d i v i s i o n   mu l t i p l e x i n g   f r e e   sp a c e   o p t i c a l   c o mm u n i c a t i o n   s y st e m  t h r o u g h   v a r i o u s  a t mo sp h e r i c   c o n d i t i o n s   w i t h   a   d e c i si o n   f e e d b a c k   e q u a l i z e r , ”   C o g e n t   En g i n e e ri n g ,   v o l .   9 ,   n o .   1 ,   D e c .   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 1 0 8 0 / 2 3 3 1 1 9 1 6 . 2 0 2 2 . 2 0 3 4 2 6 8 .       B I O G RAP H I E S O F   AUTH O RS         K a k a rl a   P ha neendra   K u m a r           r ec eiv e d   t h e  B . T ec h .   d e g r ee   in   elec tr o n ics   an d   co m m u n icatio n   en g in ee r in g   f r o m   J . N. T .   U n iv er s ity   in   2 0 0 4   an d   m aster   o f   tech n o lo g y   d eg r ee   in   d ig ital   elec tr o n ics  an d   co m m u n icat io n   s y s tem s   f r o m   J . N. T .   Un iv er s ity   in   2 0 0 6 .   Pre s en tly ,   p u r s u in g   Ph D  in   t h e  d ep a r tm en t  o f   elec tr o n ics  an d   co m m u n icatio n   en g in ee r in g ,   Sri  Ven k ateswar a  Un iv er s ity   C o lleg e  o f   E n g i n ee r in g ,   T ir u p ati.   He  ca n   b e  co n tacte d   at  e m ail: p h an iece o b v p @ g m ai l.c o m .         T .   Sree n iv a s ulu   Reddy           r ec eiv ed   th e  B . T ec h .   d eg r ee   in   elec tr o n ics  an d   co m m u n icatio n   e n g in ee r in g   f r o m   Sri  Ve n k ateswar a  Un iv e r s ity   in   1 9 9 0   a n d   m aster   o f   en g in ee r in g   d eg r ee   in   d ig ital  elec tr o n ics  f r o m   Kar n atak a  U n iv er s ity   in   1 9 9 6 ,   an d   th e  Ph D  d eg r ee   f r o m   Sri  Ven k at eswar a  Un iv er s ity ,   T ir u p ati,   I n d ia,   in   2 0 1 2 .   He  jo in e d   th e  d ep ar tm e n t  o f   elec tr ical  an d   elec tr o n ics  en g in ee r i n g ,   C o lleg e  o f   E n g in ee r in g ,   S.V.   Un iv er s ity ,   T ir u p ati,   I n d i a,   as  an   ass o ciate   p r o f ess o r   in   2 0 0 7 .   Pre s en tly ,   wo r k i n g   as  a  p r o f ess o r   in   th e   Dep ar t m en t  o f   E lectr o n ics  a n d   C o m m u n icatio n   E n g i n ee r in g .    He  is   a  f ello w   o f   I E T E   an d   a  m em b er   o f   I STE .   He  ca n   b e  co n tacte d   at  e m ail:   m ettu 8 6 @ y ah o o . co . in .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.