Performance enhancement of 112 Gbps UWOC link by mitigating the air bubbles induced turbulence with coherent detection MIMO DP-16QAM and advanced digital signal processing

正交调幅 多输入多输出 计算机科学 电子工程 信号(编程语言) 信号处理 湍流 卡姆 数字信号处理 物理 声学 光学 电信 计算机硬件 误码率 频道(广播) 工程类 热力学 程序设计语言
作者
Mandeep Singh,Maninder Singh,Rajandeep Singh
出处
期刊:Optik [Elsevier BV]
卷期号:259: 168986-168986 被引量:3
标识
DOI:10.1016/j.ijleo.2022.168986
摘要

Underwater applications like real-time marine observations, video streaming, communication between underwater sensor nodes require spectrally efficient, high-speed (>100 Gbps) and reliable wireless links. In this paper, a coherently detected dual-polarization (DP)-16 quadrature amplitude modulation (QAM) based system is proposed for turbulent underwater wireless optical communication (UWOC) which can transmit a data rate of 112 Gbps. The integration of digital signal processing (DSP) with a coherent system enables error-free transmission at longer distances. The proposed single-input single-output (SISO) system achieves reliable link ranges of 150 m, 55 m, 24 m, 10 m, and 5.5 m under the pure sea, clear ocean, coastal ocean, harbor I, and harbor II water conditions. Furthermore, spatial diversity with multiple-input multiple-output (MIMO) techniques is utilized to mitigate turbulence-induced losses and path losses. At the receiver, the multiple received MIMO branches are combined with the equal gain combining (EGC) method. The transmission range improvements have been observed with 2 × 2 MIMO and 3 × 3 MIMO techniques over the SISO UWOC system. The power budget enhancement of 6 dBm is observed by utilizing a 3 × 3 MIMO configuration over 1 × 1 SISO configuration, and 3 dBm power budget enhancement has been observed in the case of a 2 × 2 MIMO configuration over 1 × 1 SISO configuration. The proposed system can further be utilized in real ocean scenarios to transmit time-sensitive information among diverse underwater sensor nodes.

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