Comparative Study Of Advanced Modulation Tachniques Of Wdm Fso System Under Combined Desert Impairments

Abstract

This research presents a comprehensive modeling and performance evaluation of an 8-channel Wavelength Division Multiplexing Free-Space Optical) communication system designed to operate under the severe atmospheric dynamics of El Oued Province, Algeria. Utilizing OptiSystem simulation software, the study compares the resilience and spectral efficiency of advanced coherent modulation formats, specifically Dual-Polarization 16-State Quadrature Amplitude Modulation) operating at 112 Gbps per channel and DP-QPSK operating at 112 Gbps per channel. The atmospheric channel is rigorously modeled to account for thermal turbulence using the Gamma-Gamma distribution, and attenuation via the Beer-Lambert law across five meteorological states: clear skies, light rain, heavy rain, dust storms, and severe dust storms. Performance evaluations across different tiers or configurations of the same 8-channel FSO WDM system labeled as Range A, B, and Creveal a fundamental operational trade-off. While DP-16QAM maximizes data capacity and spectral efficiency, it is highly susceptible to Mie scattering and phase noise under dense particulate conditions. Conversely, DP-QPSK demonstrates superior link robustness and tolerance to signal degradation. The findings underscore that maintaining multi-Gbps optical connectivity in challenging desert environments necessitates strategic modulation selection to overcome drastic reductions in transmission range. یقـدم ھـذا البحـث نمذجـة شـاملة وتقییمـاً لأداء نظـام اتصـالات بصـري فـي الفضـاء الحـر بتقنیـة التعـدد الإرسـالي بتقســیم الطــول الموجــي بــ 8قنــوات، والمصمــم للعمــل فــي ظــل الدینامیكیــات الجویــة القاســیة لولایــة الــوادي بالجزائــر. باســتخدام برنامــج المحــاكاة ،OptiSystemتقــارن الدراســة بیــن مرونــة وكفــاءة الطیــف لتنســیقات التضمیــن المتماســك المتقدمــة، وتحدیــداً التضمیــن الســعوي المتعامــد ذو 16حالــة ثنائــي الاســتقطاب الــذي یعمــل بسـرعة 112جیجابـت فـي الثانیـة لـكل قنـاة، و DP-QPSKالـذي یعمـل بسـرعة 112جیجابـت فـي الثانیـة لـكل قنــاة. تمــت نمذجــة القنــاة الجویــة بدقــة لأخــذ الاضطرابــات الحراریــة فــي الاعتبــار باســتخدام توزیــع جاما-جامــا، والتوھیـن عبـر قانـون بیر-لامبـرت عبـر خمـس حـالات جویـة: السـماء الصافیـة، المطـر الخفیـف، المطـر الغزیـر، العواصـف الترابیـة، والعواصـف الترابیـة الشـدیدة. تكشـف تقییمـات الأداء عبـر مسـتویات أو تكوینـات مختلفـة لنفـس نظـام ذي الــ 8قنـوات، والمصنفـة كنطاقـات ، عـن مفاضلـة تشـغیلیة أساسـیة. فـي حیـن أن یزیـد مـن سـعة البیانـات والكفـاءة الطیفیـة إلـى أقصـى حـد، فإنـھ شـدید التأثـر بتشـتت مـاي وضوضـاء الطـور فـي ظـل ظـروف الجسـیمات الكثیفـة. وعلـى العكـس مـن ذلـك، یُظھـر متانـة فائقـة للرابـط وتسـامحاً مـع تدھـور الإشـارة. تؤكـد النتائـج علـى أن ًالحفــاظ علــى اتصــال بصــري بســرعات جیجابــت متعــددة فــي البیئــات الصحراویــة الصعبــة یتطلــب اختیــارا استراتیجیاً للتضمین للتغلب على الانخفاضات الجذریة في مسافة الإرسال