Estudo dos efeitos da turbulência em um enlace fso

Abstract

Neste trabalho é feita a análise do impacto do fenômeno atmosférico da turbulência sobre um enlace FSO, além de se considerar também outras fontes causadoras de perda de potência no sinal óptico: a atenuação atmosférica, a atenuação geométrica e o desalinhamento entre transmissor e receptor. Para isto, técnicas de modelagem da irradiância de feixes ópticos, em conjunto com as teorias que descrevem as referidas atenuações, são utilizadas em simulações computacionais em uma avaliação analítica. Inicialmente, a estrutura básica que constitui a tecnologia FSO é apresentada, e a caracterização do feixe óptico é estudada. Em seguida, os principais fenômenos que afetam o canal de comunicação são analisados, onde a teoria utilizada para modelar as atenuações atmosférica e geométrica são mostradas, juntamente com as expressões necessárias para que estas sejam implementadas nas simulações. Posteriormente, a modelagem da turbulência atmosférica é fornecida para os regimes de fraca, moderada e forte intensidade. Os modelos analíticos para o cálculo do vagueamento e do espalhamento do feixe são mostrados. A modelagem dos efeitos da cintilação é analisada através do uso da teoria modificada de Rytov. Uma análise do alargamento temporal que ocorre no pulso óptico ao se propagar em um meio turbulento também é realizada através de avaliação teórica. Através da teoria apresentada, o canal FSO é implementado e simulado com o uso do programa OptiSystem, tanto para um modelo de FSO simples, quanto para um modelo que utiliza a técnica de multiplexação OCDMA com múltiplos usuários. Em ambos os sistemas simulados, é analisado primeiramente um meio sem a presença de turbulência atmosférica, para uma possível comparação de viabilidade com os enlaces em meios turbulentos, cujas simulações também são apresentadas. Desta forma, é possível observar que a presença da turbulência no meio restringe o comprimento total do enlace, causando uma redução de mais de 300 metros na distância máxima permitida para a operação do sistema, dependendo dos parâmetros utilizados. Para o sistema básico, a penalidade devido à turbulência observada é de 3,79 dB. Para o sistema OCDMA, esta penalidade de potência é de 6,78 dB. Também é mostrado que a presença de possíveis desalinhamentos no enlace afeta a viabilidade do sistema ao aumentar a atenuação geométrica. Ao considerar, além dos efeitos da turbulência, um desalinhamento de 3 cm nos eixos x e y, a distância máxima do enlace já se reduz a 2,45 km no sistema básico e a 2,3 km no sistema OCDMA, para os parâmetros utilizados. As penalidades de potência devido à turbulência observadas neste caso são, respectivamente, de 3,07 dB e 5,02 dB. Nota-se também que uma pequena variação angular de 0,05 mrad no eixo de elevação no transmissor causa forte atenuação geométrica no feixe transmitido, limitando o comprimento do enlace a 1,71 km no sistema básico e a 1,65 km no sistema OCDMA, para os valores utilizados. Nestes casos, são observadas penalidades de potência devido à turbulência de 1,84 dB e 3,71 dB, respectivamente. Ao analisar um enlace FSO onde o transmissor possui 1 cm de deslocamento nos eixos x e y, além de um deslocamento angular de 0,05 mrad, a presença da turbulência reduz o comprimento máximo do enlace para 1,56 km no sistema básico e 1,51 km no sistema OCDMA, e penalidades de potência de 1,66 dB e 3,44 dB, respectivamente, são obtidas.