Serbest uzay optik haberleşme sistemleri performans analizi - Koca, Enes (My University, 2025)
Serbest Uzay Optik Haberleşme sistemi, uzun mesafelerde yüksek veri hızı taşıyan veriyi ışık aracılığıyla iletmek için serbest uzay ortamını kullanmaktadır. Bu haberleşme sistemi yüksek bant genişliği ve veri hızının yanı sıra düşük bit hata oranı ile gerçekleştirilebilir bir teknoloji olarak geliştirilmiştir. Serbest Uzay Optik Haberleşme sistemi, son zamanlarda özellikle şehir içi veri iletiminde, hızlı ağ kurulumu gereken acil durumlarda, kırsal veya uzak bölgelerde fiber optik altyapının kurulmasının zor olduğu durumlarda fiber optik kablolama ve radyo frekansı iletişiminin yerine tercih edilebilmektedir. Serbest Uzay Optik Haberleşme sistemlerinin güvenilir, verimli ve yüksek performanslı bir iletişim çözümü olarak konumlanmasında kalite faktörü ve bit hata oranı değerleri temel belirleyiciler arasındadır. Bit hata oranını düşürmek ve kalite faktörünü artırmak, Serbest Uzay Optik Haberleşme sistemlerinin iletişim kalitesinin artması ve farklı çevresel koşullarda daha iyi performans göstermesini için büyük öneme sahiptir. Bu çalışma ile bit hata oranının düşürülmesi ve kalite faktörünün arttırılması ile iletişim kalitesinin yükseltilmesine yönelik olarak Serbest Uzay Optik Haberleşme sistemlerine, fiber optik haberleşme sistemlerinde gürültüyü azaltma noktasında kayda değer etkisi olduğu rapor edilen fiber bragg ızgara sensörlerini entegre ederek farklı bir yaklaşım sunuyoruz. Bu yaklaşıma bağlı olarak sistem performansını değerlendirebilmek için 1 kanallı ve 4 kanallı olacak şekilde oluşturduğumuz haberleşme linki ASK, DPSK, QPSK, 4-QAM ve 8-QAM modülasyonlarını kullanarak fiber bragg ızgaranın entegre edildiği ve edilmediği şekilde ayrı ayrı tasarlanarak test edilmiştir. Yapılan ölçümlere göre kanal sayısının artması ve fiber bragg ızgara kullanımının, bit hata oranını düşürdüğü ve kalite faktörünü artırarak hat kalitesini iyileştirdiği belirlenmiştir. Özellikle 1 kanallı olarak tasarlanan 4-QAM ve 8-QAM modülasyonlu senaryoda fiber bragg ızgara entegrasyonu yapılmadan iletişimin sağlanamadığı, fiber bragg ızgara sensörlerinin sisteme entegrasyonu sonrasında ise kaliteli bir iletişim sağlanabildiği tespit edilmiştir. Bu çalışmada bozucu etkiler altında tasarlanan serbest uzay optik haberleşme linkinde kanal sayısının artırılması ve fiber bragg ızgara sensörlerinin kullanımının sistem performansını arttırdığı gösterilmiştir. Çalışmamızda farklı modülasyon sistemleri ile tasarlanan serbest uzay optik haberleşme sistemlerine ilişkin olarak hat kalitesindeki değişimler, göz diyagramları, tablo ve grafikler ile birlikte ayrıntılı olarak sunulmuştur.

The Free Space Optical (FSO) communication system utilizes free space as a transmission medium to convey high-data-rate signals over long distances using light. This communication technology has been developed as a feasible alternative due to its high bandwidth, high data rates, and low bit error rate (BER). In recent years, FSO systems have been increasingly preferred over fiber-optic cabling and radio frequency (RF) communication, especially for urban data transmission, emergency situations requiring rapid network deployment, and rural or remote areas where establishing fiber-optic infrastructure is challenging. The reliability, efficiency, and high performance of FSO communication systems are primarily determined by the quality factor (Q-factor) and BER values. Reducing the BER and increasing the Q-factor are crucial for enhancing communication quality and ensuring better performance under varying environmental conditions. In this study, we propose a novel approach to improving FSO communication quality by integrating Fiber Bragg Grating (FBG) sensors, which have been reported to significantly reduce noise in fiber-optic communication systems. To evaluate the impact of this integration on system performance, we designed and tested FSO communication links using 1-channel and 4-channel configurations. These links were implemented with and without FBG integration while utilizing ASK, DPSK, QPSK, 4-QAM, and 8-QAM modulation techniques. Experimental measurements indicate that increasing the number of channels and incorporating FBG sensors reduce the BER and enhance the Q-factor, thereby improving link quality. Notably, in the 1-channel configurations using 4-QAM and 8-QAM modulations, communication could not be established without FBG integration. However, after incorporating FBG sensors, high-quality communication was successfully achieved. This study demonstrates that increasing the number of channels and integrating FBG sensors significantly enhance the performance of FSO communication systems under disruptive conditions. The variations in link quality for different modulation schemes, along with eye diagrams, tables, and graphical analyses, are presented in detail.
Keywords: Bit error rating; bit hata oranı; Electronics engineering; Elektronik mühendisliği; eye diagram; fiber bragg ızgara; Fibre Bragg Grating; Free Space Optical; göz diyagramı; kalite faktörü; optisystem; Q faktor; serbest uzay optik haberleşme sistemleri; Telecommunications; Telekominikasyon