Luận án Giải pháp truyền dẫn và chuyển tiếp tín hiệu quang dựa trên hạ tầng trên cao

BỘ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG 
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG 
NGUYỄN THỊ THU NGA 
GIẢI PHÁP TRUYỀN DẪN VÀ CHUYỂN 
TIẾP TÍN HIỆU QUANG DỰA TRÊN HẠ TẦNG 
TRÊN CAO 
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT 
Hà Nội, 2021 
BỘ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG 
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG 
NGUYỄN THỊ THU NGA 
GIẢI PHÁP TRUYỀN DẪN VÀ CHUYỂN 
TIẾP TÍN HIỆU QUANG DỰA TRÊN HẠ TẦNG 
TRÊN CAO 
Chuyên ngành : Kỹ thuật Viễn Thông 
Mã số: 9.52.02.08 
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT 
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 
PGS. TS Đặng Thế Ngọc 
Hà Nội, 2021 
LỜI CAM ĐOAN 
Nghiên cứu sinh xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của chính mình. 
Các số liệu, kết quả trong luận án là trung thực và chưa từng được công bố trong bất 
cứ công trình nào khác. Các kết quả được viết chung với các tác giả khác đều được 
các tác giả đồng ý trước khi đưa vào luận án. 
 Nghiên cứu sinh 
Nguyễn Thị Thu Nga 
LỜI CẢM ƠN 
Trước tiên nghiên cứu sinh xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Thầy hướng dẫn 
PGS. TS Đặng Thế Ngọc đã định hướng nghiên cứu và liên tục dành nhiều thời gian, 
công sức hướng dẫn nghiên cứu sinh thực hiện các nhiệm vụ nghiên cứu trong suốt 
quá trình thực hiện luận án này. 
Nghiên cứu sinh trân trọng cảm ơn các Thầy Cô trong Khoa Viễn Thông 1, 
Khoa Quốc tế và Đào tạo sau đại học, Lãnh đạo Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn 
thông đã động viên và tạo điều kiện thuận lợi cho nghiên cứu sinh trong suốt thời 
gian thực hiện luận án. 
Cuối cùng, nghiên cứu sinh xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình đã tạo 
điều kiện thuận lợi cũng như luôn ủng hộ, động viên nghiên cứu sinh trong suốt quá 
trình thực hiện luận án. 
 Hà Nội, tháng năm 2021 
 v 
MỤC LỤC 
LỜI CAM ĐOAN .................................................................................................... iii 
LỜI CẢM ƠN ...........................................................................................................iv 
MỤC LỤC .................................................................................................................. v 
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT .................................................................................... viii 
DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU ...................................................................................xi 
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ................................................................................ xv 
DANH MỤC CÁC BẢNG .....................................................................................xix 
MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1 
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN THÔNG QUANG DỰA TRÊN 
HAP ............................................................................................................................ 6 
1.1. Hệ thống truyền thông quang không dây dựa trên HAP .................................. 6 
1.1.1. Bộ phát ....................................................................................................... 7 
1.1.2. Kênh truyền dẫn khí quyển ........................................................................ 8 
1.1.3. Trạm hạ tầng trên cao .............................................................................. 11 
1.1.4. Bộ thu ....................................................................................................... 13 
1.2. Hiệu năng hệ thống OWC dựa trên HAP ....................................................... 15 
1.3. Các công trình nghiên cứu liên quan .............................................................. 16 
1.3.1. Các kịch bản triển khai hệ thống OWC dựa trên HAP ............................ 17 
1.3.2. Đánh giá hiệu năng hệ thống OWC chuyển tiếp dựa trên HAP .............. 20 
1.3.3. Cải thiện hiệu năng hệ thống OWC chuyển tiếp dựa trên HAP .............. 21 
1.4. Nhận xét các công trình nghiên cứu liên quan và hướng nghiên cứu của luận 
án 25 
1.4.1. Nhận xét về công trình nghiên cứu liên quan .......................................... 25 
1.4.2. Hướng nghiên cứu của luận án ................................................................ 26 
1.5. Kết luận chương 1 .......................................................................................... 26 
CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN QUANG DỰA TRÊN HAP VỚI 
CHUYỂN TIẾP O/E/O ........................................................................................... 28 
2.1. Mở đầu ............................................................................................................ 28 
 vi 
2.2. Mô hình kênh OWC ....................................................................................... 28 
2.2.1. Suy hao đường truyền .............................................................................. 28 
2.2.2. Nhiễu loạn khí quyển ............................................................................... 32 
2.2.3. Nhiễu loạn Gamma-Gamma .................................................................... 35 
2.3. Hệ thống truyền dẫn OWC dựa trên HAP chuyển tiếp O/E/O ....................... 37 
2.3.1. Mô hình hệ thống đề xuất ........................................................................ 38 
2.3.2. Phân tích hiệu năng .................................................................................. 40 
2.3.3. Kết quả khảo sát hiệu năng ...................................................................... 43 
2.4 Kết luận chương 2 ........................................................................................... 48 
CHƯƠNG 3: CHUYỂN TIẾP TOÀN QUANG ĐƠN HƯỚNG DỰA TRÊN 
HAP CHO HỆ THỐNG OWC .............................................................................. 50 
3.1. Đặt vấn đề ....................................................................................................... 50 
3.2. Hệ thống OWC chuyển tiếp toàn quang dựa trên nhiều HAP và tách sóng 
coherent ................................................................................................................. 51 
3.2.1. Mô hình thiết kế hệ thống OWC đa chặng dựa trên nhiều HAP ............. 52 
3.2.2. Phân tích hiệu năng hệ thống ................................................................... 54 
3.2.3. Kết quả khảo sát hiệu năng hệ thống ....................................................... 58 
3.3. Hệ thống OWC vệ tinh-mặt đất chuyển tiếp toàn quang dựa trên HAP ........ 62 
3.3.1. Mô hình thiết kế hệ thống OWC vệ tinh- mặt đất chuyển tiếp dựa trên 
HAP ................................................................................................................... 62 
3.3.2. Phân tích hiệu năng hệ thống ................................................................... 63 
3.3.3. Mô hình mô phỏng hệ thống .................................................................... 71 
3.3.4. Kết quả khảo sát hiệu năng hệ thống ....................................................... 74 
3.4. Kết luận chương 3 .......................................................................................... 83 
CHƯƠNG 4: CHUYỂN TIẾP TOÀN QUANG SONG HƯỚNG DỰA TRÊN 
HAP CHO HỆ THỐNG OWC .............................................................................. 84 
4.1. Đặt vấn đề ....................................................................................................... 84 
4.2. Hệ thống truyền dẫn và chuyển tiếp toàn quang song hướng dựa trên HAP . 85 
4.2.1. Mô hình hệ thống ..................................................................................... 85 
 vii 
4.2.2. Phân tích hiệu năng hệ thống ................................................................... 88 
4.2.3. Mô hình mô phỏng hệ thống .................................................................... 96 
4.2.4. Kết quả khảo sát hiệu năng hệ thống ....................................................... 98 
4.3. Kết luận chương 4 ........................................................................................ 104 
KẾT LUẬN ............................................................................................................ 106 
CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ ........................................... 109 
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 110 
 viii 
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 
Từ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt 
APD Avalanche Photodiode Photodiode quang thác 
ASE Amplified Spontaneous Emission Nhiễu phát xạ tự phát được 
khuếch đại 
AWGN Additive White Gaussian Noise Nhiễu Gauss trắng cộng 
BER Bit Error Rate Tỉ lệ lỗi bit 
BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc 
BPF Band Pass Filter Bộ lọc thông dải 
BPSK Binary Phase Shift Keying Điều chế khóa dịch pha nhị phân 
CW Continuous Wave Sóng liên tục 
CSI Channel State Information Thông tin trạng thái kênh 
CN Core Network Mạng lõi 
DL Down Link Đường xuống 
DSP Digital Signal Processor Bộ xử lý tín hiệu số 
DPIM Digital Pulse Intensity Modulation Điều chế cường độ xung số 
DPSK Differential Phase Shift Keying Điều chế dịch pha vi sai 
EAM Electro-Absorption Modulator Bộ điều chế hấp thụ điện 
EDFA Erbium-Doped Fiber Amplifier Khuếch đại quang sợi pha tạp 
Erbium 
EGC Equal-Gain Combining Kết hợp độ lợi cân bằng 
FEC Forward Error Correction Sửa lỗi trước 
GS Ground Station Trạm mặt đất 
HAP High Altitude Platform Hạ tầng trên cao 
HNLF Highly Nonlinear Fiber Sợi phi tuyến cao 
 ix 
IM/DD Intensity Modulation/ Direct 
Detection 
Điều chế cường độ/ Tách sóng 
trực tiếp 
IR Infrared Hồng ngoại 
LEO Low Earth Orbit Vệ tinh quĩ đạo trái đất tầm 
thấp 
LOS Line Of Sight Tầm nhìn thẳng 
LO Local Oscillator Bộ dao động nội 
LPF Low-Pass Filter Bộ lọc thông thấp 
MZMs Mach–Zehnder Modulator Giao thoa kế Mach–Zehnder 
MRC Maximal-Ratio Combining Kết hợp tỉ số cực đại 
MISO Multiple Input, Single Output Nhiều đầu vào một đầu ra 
OOK On-Off Keying Điều chế khóa đóng mở 
OWC Optical Wireless Communications Truyền thông quang không 
dây 
O/E Optical/ Electric Quang/ điện 
OAF Optical Amplify and Forward Khuếch đại và chuyển tiếp 
quang 
ORF Optical Regenerate and Forward Tái tạo và chuyển tiếp quang 
OHL Optical Hard Limiter Bộ giới hạn quang cứng 
ODAF Optical Detect Amplify and 
Forward 
Tách sóng khuếch đại và 
Chuyển tiếp quang 
PAT Pointing Acquisition Tracking Tìm bắt bám 
PAPR Peak-to-Average Power Ratio Tỷ lệ công suất đỉnh-trung 
bình 
PPM Pulse Position Modulation Điều chế vị trí xung 
PD Photodiode Diode tách quang 
RF Radio Frequency Tần số vô tuyến 
SC Selection Combining Kết hợp lựa chọn 
 x 
SIMO Single Input, Multiple Output Một đầu vào nhiều đầu ra 
SNR Signal-to-Noise Ratio Tỉ số tín hiệu trên nhiễu 
SPM Self Phase Modulation Tự điều chế pha 
SOA Semiconductor Optical Amplifiers Khuếch đại quang bán dẫn 
UAV Unmanned Aerial Vehicle Thiết bị bay không người lái 
UL Up Link Đường lên 
 xi 
DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU 
λ Bước sóng 
θeff Góc phân kỳ hiệu dụng 
θDL Giới hạn phân kỳ 
L Khoảng cách 
ξ Góc thiên đỉnh 
ξs Góc thiên đỉnh của vệ tinh 
ξP Góc thiên đỉnh của HAP 
hc Trạng thái kênh 
hl Suy hao đường truyền 
ha Nhiễu loạn khí quyển 
h0 Độ cao GS 
𝛾 Hệ số suy hao 
𝛼𝑚 Hệ số hấp thụ do hơi nước 
𝛼𝑎 Hệ số hấp thụ do phần tử khí 
𝛽𝑚 Hệ số tán xạ do hơi nước 
𝛽𝑎 Hệ số tán xạ do phần tử khí 
𝛽𝑓𝑜𝑔 Suy hao do sương mù 
𝛼𝑟𝑎𝑖𝑛 Suy hao do mưa 
𝛼𝑠𝑛𝑜𝑤 Suy hao do tuyết 
𝛼, 𝛽 Tham số hiệu dụng của môi trường truyền dẫn tán xạ 
H Độ cao 
r0 Độ dài kết hợp 
Wo Kích thước chùm ban đầu 
σI2 Chỉ số nhấp nháy 
I Cường độ phát xạ 
 xii 
C2n Tham số cấu trúc chỉ số phản xạ 
V 2 Giá trị bình phương trung bình của tốc độ gió 
(.) Hàm Gamma 
K -(x) Hàm Bessel sửa đổi loại 2 bậc ( -) 
M Số bậc điều chế 
Pe2e BER đầu cuối 
𝑃𝑒
(𝑈𝐿)
 Xác suất lỗi bit của đường lên UL 
𝑃𝑒
(𝐷𝐿)
 Xác suất lỗi bit của đường xuống DL 
PT Công suất phát 
PR Công suất thu 
Pin Công suất đầu vào OHL 
Pout Công suất đầu ra OHL 
ℜ Đáp ứng của PD 
Q (.) Hàm Q 
Δf Băng thông 
B Tốc độ bit của hệ thống 
𝑃𝑏𝑛 Công suất nhiễu nền 
𝜔0 Tần số sóng mang 
𝜙𝑠,𝑘 Pha của tín hiệu thu 
𝐴𝑠,𝑘 Biên độ của tín hiệu thu 
𝐴𝐿𝑂 Biên độ của LO 
𝜔𝐿𝑂 Tần số của LO 
𝜙𝐿𝑂 Pha của LO 
kB Hằng số Boltzman 
q Điện tích điện tử 
 xiii 
w Tốc độ gió 
σ2 b Phương sai của nhiễu nền 
ωIF Tần số trung tần 
φ Độ lệch pha giữa bộ dao động nội và tín hiệu 
MA Hệ số nhân thác của APD 
Fn Hệ số nhiễu của bộ khuếch đại 
σ2thermal Phương sai nhiễu nhiệt 
σ2shot Phương sai nhiễu nổ 
x Hệ số nhiễu của APD 
Id Dòng điện tối 
Ith Dòng điện ngưỡng 
RL Điện trở tải 
𝐿ν
𝑞
(p) Hàm đa thức Laguerre 
⊕ Phép toán XOR 
G Hệ số khuếch đại 
GRX Hệ số khuếch đại của thấu kính thu 
GTX Hệ số khuếch đại của thấu kính phát 
T Nhiệt độ 
DP Bán kính vùng phủ 
𝑁𝑏 Mật độ phổ công suất phát xạ nền 
I1 Dòng quang điện tương ứng với bit “1” 
I0 Dòng quang điện tương ứng với bit “0” 
n1 Dòng nhiễu tương ứng với bit “1” 
n0 Dòng nhiễu tương ứng với bit “0” 
V Phạm vi tầm nhìn 
𝑥𝑚𝑛 Pixel của ảnh gốc 
 xiv 
𝑦𝑚𝑛 Pixel của hình ảnh được xây dựng lại 
p Số bit của một pixel 
𝑀𝑝 𝑁𝑝 Kích thước của ảnh 
 xv 
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 
Hình 1.1 Sơ đồ khối hệ thống truyền thông quang không dây dựa trên HAP. ........... 6 
Hình 1.2 Sơ đồ khối cơ bản của bộ phát. .................................................................... 7 
Hình 1.3 Sự trải rộng chùm tia [36]. ......................................................................... 10 
Hình 1.4 (a) Sự lệch dọc chùm tia và (b) Sự nhấp nháy gây ra bởi biến động 
chỉ số khúc xạ ngẫu nhiên [68]. ................................................................................ 11 
Hình 1.5 Một số HAP và UAV [36]. ........................................................................ 12 
Hình 1.6 Góc thiên đỉnh giữa HAP và GS. ............................................................... 12 
Hình 1.7 Sơ đồ khối cơ bản của bộ thu. .................................................................... 14 
Hình 1.8 Truyền thông quang không dây dựa trên HAP [37]................................... 18 
Hình 2.1 Giá trị của và  theo khoảng cách truyền dẫn trong pha-đinh 
Gamma-Gamma (Cn2 = 1,7 10-14 ,  = 1550 nm và D/L → 0 [91]). .................. 36 
Hình 2.2. Phân bố pha-đinh Gamma-Gamma với khoảng cách truyền dẫn 
khác nhau (Cn2 = 1,7 10-14 ,  = 1550 nm [18]). .................................................... 37 
Hình 2.3 Truyền thông quang không dây OWC dựa trên HAP cho mạng 
backhaul. ................................................................................................................... 38 
Hình 2.4 Sơ đồ khối hệ thống OWC chuyển tiếp dựa trên HAP chuyển tiếp 
ODAF và tách sóng coherent. ................................................................................... 39 
Hình 2.5 Hiệu năng BER theo công suất phát trung bình trên mỗi bit từ 
GS - HAP với các mức điều chế và số thấu kính thu phát  ... & Mohorcic, M. (2011). Broadband communications via high 
altitude platforms. Chichester (West Sussex): Wiley. 
[56] G. W. Jull, A. Lillemark and R. M. Turner, SHARP (Stationary High 
Altitude Relay Platform) telecommunications missions and systems, IEEE 
Global Telecommunications Conference, New Orleans, LA, USA, 
December 1985. 
[57] G.P. Agrawal, Fiber Optic Communication System, third ed., Wiley, New 
York, NY, USA, 2002. 
[58] H. Hemmati, Deep Space Optical Communication. John Wiley & Sons, 
New York, 2006. 
[59] H. Hemmati, Near-Earth LaserCommunications. BocaRaton, FL:CRC 
Press, 2009. 
[60] H. Kaushal, Free Space Optical Communication, Springer, 2017. 
[61] H. Kaushal, V. Kumar, A. Dutta, H. Aennam, H. Aennam, V. Jain, S. Kar, 
and J. Joseph, “Experimental study on beam wander under varying 
atmospheric turbulence conditions,” IEEE Photon. Tech. Lett., vol. 23, no. 
22, pp. 1691–1693, 2011. pp. 339–354, 1967. 
 117 
[62] H. Kogelnik and T. Li, “Laser beams and resonators,” Proc. IEEE, vol. 54, 
no. 10, pp. 1312–1329, Oct. 1966. 
[63] H. Willebrand and B. S. Ghuman, Free Space Optics: Enabling Optical 
Connectivity in Today’s Networks. Sams Publishing, 2002. 
[64] Ha Duyen Trung, Do Trong Tuan,Anh T. Pham, Pointing error effects on 
performance of free-space optical communication systems using SC-QAM 
signals over atmospheric turbulence channels, AEU - International Journal 
of Electronics and Communications, vol. 68, iss. 9, pp. 869-876, September 
2014. 
[65] I. Kim, B. Mcarthur, and E. Korevaar, “Comparison of laser beam 
propagation at 785 and 1550 nm in fog and haze for optical wireless 
communications,” Proc. SPIE, Opt. Wireless Comm. III, vol. 4214, 2001. 
[66] J. A. Anguita, I. V. Djordjevic, M. A. Neifeld, and B. V. Vasic, “Shannon 
Capacities and Error-Correction Codes for Optical Atmospheric Turbulent 
Channels,” Journal of Optical Networking, vol. 4, pp. 586–601, 2005. 
[67] J. Horwath, N. Perlot, M. Knapek, and F. Moll, “Experimental verification 
of optical backhaul links for high-altitude platform networks:Atmospheric 
turbulence and downlink availability,” Int. J. Satellite Commun. Netw., 
vol. 25, no. 5, pp. 501–528, 2007. 
[68] J. Horwath and C. Fuchs, “Aircraft to ground unidirectional laser-comm. 
terminal for high resolution sensors,” Proc. SPIE, vol. 7199, pp. 7199-1– 
7199-8, 2009. 
[69] J. Horwath, M. Knapek, B. Epple, M. Brechtelsbauer, and B. Wilkerson, 
“Broadband backhaul communication for stratospheric platforms: The 
stratospheric optical payload experiment (STROPEX),” Proc. SPIE, vol. 
6304, pp. 63041N-1–63041N-12, 2006. 
 118 
[70] J. M. Senior, Optical fiber communications: principles and practice. 
Harlow: Prentice Hall, 2009. 
[71] J. Optical Communications and Networking, vol. 2, no. 12, pp. 1087– 
1094, Dec. 2010. 
[72] J. Park, E. Lee, and G. Yoon, “Average bit-error rate of the Alamouti 
scheme in gamma-gamma fading channels,” IEEE Photon. Tech. Lett., vol. 
23, no. 4, pp. 269–271, 2011. 
[73] J. Senior, Optical Fiber Communications: Principles and Practice, 
Financial Times/Prentice Hall, 2009. 
[74] J. Y. Wang, J. B. Wang, M. Chen, and X. Song, “Performance analysis for 
free-space optical communications using parallel all-optical relays over 
composite channels,” IET Communications, vol. 8, no. 9, pp. 1437– 1446, 
June 2014. 
[75] Jin-Yuan Wang, et al. Free-space optical communications using all-optical 
relays over weak turbulence channels with pointing errors, in: 2013 
International Conference on Wireless Communications and Signal 
Processing, Hangzhou, 2013, pp. 1–6. 
[76] K. Li, J. Ma, A. Belmonte, L. Tan, and S. Yu, “Performance analysis of 
satellite-to-ground downlink optical communications with spatial diversity 
over gamma-gamma atmospheric turbulence,” Opt. Eng., vol. 54, no. 12, 
2015. 
[77] Kaushal H, Kaddoum G. Optical Communication in space: challenges and 
mitigation techniques. IEEE Commun Surv Tutorials 2017;19:57–96. 
[78] L. C. Andrews and R. L. Phillips, Laser Beam Propagation through 
Random Media, 2nd ed. Bellingham, WA: SPIE, 2005. 
 119 
[79] L. C. Andrews, R. L. Phillips, and C. Y. Hopen, Laser Beam Scintillation 
with Applications. SPIE Press, 2001. 
[80] M. A. Al-Habash, L. C. Andrews, and R. L. Phillips, “Mathematical model 
for the irradiance probability density function of a laser beam propagation 
through turbulence media,” Opt. Eng., vol. 40, no. 8, pp. 1554–1562, 2001. 
[81] M. Antonini, S. Betti, V. Carrozzo, E. Duca, andM. Ruggieri, “Feasibility 
analysis of a HAP-LEO optical link for data relay purposes,” presented at 
the Aerosp. Conf., Big Sky, MT, 2006. 
[82] M. Czaputa, T. Javornik, E. Leitgeb, and G. Kandus et al., “Investigation 
of punctured LDPC codes and time-diversity on free-space optical links,” 
in Int. Conf. Telecomm., 2011. 
[83] M. Jeganathan, M. Toyoshima, K. E. Wilson, and J. R. Lesh, “Data analysis 
result from GOLD experiments,” Proc. SPIE, Free Space Laser Comm. 
Tech. IX, vol. 2990, pp. 70–81, 1998. 
[84] M. K. Simon and V. A. Vilnrotter, “Alamouti-type space time coding for 
free space optical communication with direct detection,” IEEE Trans. 
Wireless Comm., vol. 50, no. 8, pp. 1293–1300, 2002. 
[85] M. K. Simon and V. A. Vilnrotter, “Multi-pulsepulse-position-modulation 
signaling for optical communication with direct detection,” Tech Report: 
IPN Progress Report 42-155, Jet Propulsion Laboratory, California, 2003. 
[86] M. Knapek, J. Horwath, F. Moll, B. Epple, N. Courville, H. Bischl, and D. 
Giggenbach, “Optical high-capacity satellite downlinks via high altitude 
platform relays,” in Proc. SPIE Free-Space Laser Commun. VII, vol. 6709, 
pp. 6709E-1–6709E-12, 2007. 
[87] M. Niu, Coherent optical wireless communications over atmospheric 
turbulence channels. PhD thesis, University of British Columbia, 2012. 
 120 
[88] M. Q. Vu, H. T. T. Pham, T. A. Pham and N. T. Dang, “All-optical two 
way relaying dual-hop FSO systems using network coding over 
atmospheric turbulence channel, 2016 International Conference on 
Advanced Technologies for Communications, Hanoi, 2016, pp. 350–355. 
[89] M. R. G. Talavera, A. Comeron, A. Alonso, A. Rodriguez, and Z. Sodnik 
et al., “Ground-to-satellite bidirectional laser links for validation of 
atmospheric turbulence model,” Proc. SPIE Free-Space Laser Commu. and 
Active Laser Illumin. III, vol. 5160, 2004. 
[90] M. Razavi, J.H. Shapiro, Wireless optical communications via diversity 
reception and optical preamplification, IEEE Trans. Wirel. Commun. 4 (3) 
(2005) 975–983. 
[91] M. Uysal, J. Li, and M. Yu, “Error Rate Performance Analysis of Coded 
Free-Space1Optical Links over Gamma-Gamma Atmospheric Turbulence 
Channels,” IEEE Transactions on Wireless Communications, vol. 5, pp. 
1229–1233, Jun. 2006. 
[92] M. Uysal, M. Navidpour, and J. Li, “Error Rate Performance of Coded 
FreeBibliography Space Optical Links Over Strong Turbulence Channels,” 
IEEE Communication Letters, vol. 8, pp. 635–637, Oct. 2004. 
[93] M.A.Al-Habash, L. Andrews, and R. Phillips, “Mathematical Model for 
the Irradiance Probability Density Function of a Laser Beam Propagating 
Through Turbulent Media,” Optical Engineering, vol. 40, pp. 1554–1562, 
Aug. 2001 
[94] M.Q.Vu, H.T.T. Pham, T.A. Pham, N.T. Dang, All-optical two-way 
relaying dualhop FSO systems using network coding over atmospheric 
turbulence channel, in the Proc. 2016 International Conference on 
Advanced Technologies for Communications (ATC), Hanoi, 2016, pp. 
350–355. 
 121 
[95] Markus Knapek, Joachim Horwath, Florian Moll, Bernd Epple, Nicolas 
Courville,Hermann Bischl, Dirk Giggenbach, Optical high-capacity 
satellite downlinks via high-altitude platform relays, in :Proc. SPIE 6709, 
Free-Space Laser Communications VII, 67090E (25 September 2007) 
[96] M. Sharma, D. Chadha, V. Chandra, High-altitude platform for free-space 
optical communication: Performance evaluation and reliability analysis, 
IEEE/OSAJ. Opt. Commun. Networking 8 (8) (2016) 600–609. 
[97] Le BN, Optical fiber communications systems with MATLAB and 
Simulink models. Boca Raton: CRC Press, 2014. 
[98] N. Letzepis and A. Guilléni Fàbregas, “Outage probability of the Gaussian 
MIMO free-space optical channel with PPM,” IEEE Trans. Comm., vol. 
57, no. 12, pp. 3682–3690, 2009. 
[99] N. Perlot, E. Duca, J. Horwath, D. Giggenbach, and E. Leitgeb, “System 
requirements for optical HAP-satellite links,” in Proc. Symp. Commun. 
Syst., Netw. Digit. Signal Process., 2008, pp. 72–76. 
[100] N. W. Spellmeyer, D. O. Caplan, B. S. Robinson, D. Sandberg, M. L. 
Stevens, M. M.Willis, D. V. Gapontsev, N. S. Platonov, and A. Yusim, “A 
high-efficiency Ytterbium-doped fiber amplifier designed for 
interplanetarylaser communications,” in Proc. Opt. Fiber Commun. Conf. 
(OFC 2007), pp. 1–3, Paper OMF2. 
[101] N.A.M. Nor, et al. 10 Gbps all-optical relay-assisted FSO system over a 
turbulencechannel, in: 2015 4th International Workshop on Optical 
Wireless Communications (IWOW), Istanbul, 2015, pp. 69–72. 
[102] N.A.M. Nor, et al., Experimental investigation of all-optical relay-assisted 
10 Gb/s FSO link over the atmospheric turbulence channel, J. Lightwave 
Technol. 35 (1) (2017) 45–53. 
 122 
[103] NASA Earth Observatory, NASA Captures Crazy Images Of A Huge 
Alaskan Forest Fire From Space, Business Insider, May 2014. Available: 
 businessinsider.com/images-of-huge-alaskan-forest-fire-
2014-5. 
[104] Navidpour SM, Uysal M, Kavehrad M. BER performance of free-space 
optical transmission with spatial diversity. IEEE Trans Wireless Comm. 
2007;6:2813–2819. 
[105] P. D. Stroud, “Statistics of intermediate duration averages of atmospheric 
scintillation,” Opt. Eng., vol. 35, no. 2, pp. 543–548, 1996. 
[106] P. Gopal, V. K. Jain, and S. Kar, “Performance analysis of ground to 
satellite FSO system with DAPPM scheme in weak atmospheric 
turbulence,” in Int. Conf. on Fiber Optics and Photon. (OSA), 2012. 
[107] P. J.Winzer and R. J. Essiambre, “Advanced optical modulation 
formats,”Proc. IEEE, vol. 94, no. 5, pp. 952–985, May 2006. 
[108] P. Puri, P. Garg, M. Aggarwal, Analysis of spectrally efficient two-way 
relay assisted free space optical systems in atmospheric turbulence with 
path loss. 2016 Int. J. Commun. Syst., 29, pp. 99–112. 
[109] P. Puri, P. Garg, M. Aggarwal, P.K. Sharma, Multiple user pair scheduling 
in TWRFSO systems in presence of building sway, in the Proc. of the 2014 
International Conference on Signal Processing and Communications 
(SPCOM), Bangalore, 2014, pp. 1–5. 
[110] P. W. Kruse, L. D. McGlauchlin, and R. B. McQuistan, Elements of 
Infrared Technology: Generation, Transmission and Detection. Wiley, 
1962. 
 123 
[111] P.V. Trinh, N.T. Dang, A.T. Pham, All-optical relaying FSO systems using 
EDFAcombined with optical hard-limiter over atmospheric turbulence 
channels,IEEE/OSA J. Lightwave Technol. 33 (19) (2015) 4132–4144. 
[112] R. G. Lipes, “Pulse position modulation coding as near-optimum 
utilization of photon counting channel with bandwidth and power 
constraints,” DSN Progress Report, NASA, USA, 1980. 
[113] R. K. Crane and P. C. Robinson, “ACTS propagation experiment: Rain-
rate distribution observations and prediction model comparisons,” Proc. 
IEEE, vol. 86, no. 6, pp. 946–958, 1997. 
[114] R. Lange, F. Heine, H. K¨ampfner, and R. Meyer, “High data rate optical 
inter-satellite links,” presented at the Eur. Conf. Opt. Commun. (ECOC 
2009), Vienna, Austria, Paper 10.6.1. 
[115] R. M. Gagliardi and S. Karp, “M-ary Poisson detection and optical 
communications,” IEEE Trans. Comm., vol. 17, no. 2, pp. 208–216, 1969. 
[116] R. M. Gagliardi and S. Karp, Optical Communications. John Wiley & 
Sons, New York, 1976. 
[117] S. Aghajanzadeh and M. Uysal, “Diversity-multiplexing trade-off in 
coherent free-space optical systems with multiple receivers,” IEEE/OSA 
[118] S. Betti, E. Duca, and I. Toselli, “HAP-GEO optical links: Performance 
analysis under weak turbulence conditions,” in Proc. Symp. Commun. 
Syst., Netw. Digit. Signal Process., 2008, pp. 77–81. 
[119] S. Betti, V. Carrozzo and E. Duca, “Over-stratospheric-altitude optical free 
space links: system performance evaluation,” 2007 9th International 
Conference on Transparent Optical Networks, Rome, 2007, pp. 170–173. 
 124 
[120] Sharma M, Chadha D, Chandra V. High-altitude platform for free-space 
optical communication: Performance evaluation and reliability analysis. 
IEEE/OSA J. Optical Commun Netw. 2016;8:600–609. 
[121] S. Kazemlou, S. Hranilovic, S. Kumar, All-optical multihop free-space 
optical communication systems, IEEE/OSA J. Lightwave Technol. 29 (18) 
(2011) 2663–2669. 
[122] T. C. Tozer and D. Grace, ”High-altitude platforms for wireless 
communications,” Electronics & Communication Engineering Journal, 
vol. 13, no. 3, pp. 127-137, Jun 2001. 
[123] S. Tiwari, V. K. Jain, and S. Kar, “Performance evaluation of different 
pulse position modulation schemes in atmospheric turbulence channel for 
ground-to-satellite optical communication,” in Int. Conf. Opt. Engg, 
(Belgaum), 2012. 
[124] T. Ohtsuki, I. Sasase, S. Mori, Effects of hard-limiter and error correction 
coding on performance of direct-detection optical CDMA systems with 
PPM signaling,Communications, in: 1995. ICC ’95 Seattle, ’Gateway to 
Globalization’, 1995 IEEE International Conference on, Seattle, WA, vol. 
3, 1995, pp. 1307–1311. 
[125] Tosovsky P, Dordova L. Free space optical channel parameters estimation 
for high altitude platform system. in the Proc. of the 2008 14th Conference 
on Microwave Techniques, Prague, 2008:1–5 
[126] V. Cazaubiel, G. Planche, V. Chorvalli, L. Le Hors, B. Roy, E. Giraud, L. 
Vaillon, F. Carr´e, and E. Decourbey, “LOLA: A 40.000 km optical link 
between an aircraft and a geostationary satellite,” presented at the 6th Int. 
Conf. Space Opt., Noordwijk, The Netherlands, 2006. 
[127] V. W. S. Chan, “Free-Space Optical Communications,” IEEE/OSA J. 
Lightw. Technol., vol. 24, no. 12, pp. 4750–4762, Dec. 2006. 
 125 
[128] W. K. Pratt, Laser Communication Systems, 1st ed. New York: 
Wiley,1969 
[129] Weichel H. Laser beam propagation in the atmosphere. Bellingham, WA: 
SPIE, 1990. 
[130] Wen K, Zhao Y, Gao J, Zhang S, Tu J. Design of a coherent receiver based 
on InAs electron avalanche photodiode for free-space optical 
communications. IEEE Trans Electron Devices. 2015;62:1932–1938. 
[131] Wilson SG, Brandt-Pearce M, Cao Q, Leveque JH. Free-space optical 
MIMO transmission with Q-ary PPM. IEEE Trans Commun. 
2005;53:1402–1412. 
[132] Z. Mostaani, M. Uysal, Relay selection in FSO systems with all-optical 
relaying over Gamma-Gamma turbulence channels, in: 2014 22nd Signal 
Processing and Communications Applications Conference, SIU, Trabzon, 
2014, pp. 710– 713.