On the Performance of Terrestrial Free-Space Optical (FSO) Links under the Presence of Generalized Pointing Errors

En ambos grupos se han obtenido expresiones matemáticas en forma cerrada que permiten evaluar la capacidad en todo el rango de valores de SNR (Signal-to-Noise Ratio) en algunos casos y, en otros, solo ha sido posible obtener su comportamiento asintótico debido a la dificultad matemática que presentaba el análisis. A la luz de los resultados obtenidos, podemos concluir que los sistemas MISO FSO son probablemente la solución más interesante en comparación a los sistemas SIMO y MIMO FSO. Al mismo tiempo, los resultados obtenidos en comunicaciones cooperativas permiten concluir que los sistemas cooperativos basados en retransmisión DF son capaces de aumentar la capacidad e incluso mejorar a la capacidad obtenida por un sistema basado en diversidad espacial para determinadas posiciones del nodo retransmisor. En el caso de las contribuciones realizadas en el modelado de errores por desapuntamiento generalizado, los cuales siguen una distribución Beckmann, podemos destacar la aproximación propuesta en esta tesis que nos permite incluir de una forma eficiente y sencilla dichos errores por desapuntamiento al análisis de prestaciones de cualquier sistema de comunicaciones FSO. La herramienta propuesta es válida para analizar cualquier sistema FSO en términos de BER y probabilidad de outage y nos permite detectar qué efecto es dominante, es decir, si la turbulencia atmosférica o los errores por desapuntamiento. El efecto de la correlación también ha sido contemplado, concluyendo que no puede ser ignorado.Los sistemas de comunicaciones ópticas en espacio libre (FSO, Free-Space Optical) para aplicaciones terrestres se presentan en la actualidad como una solución muy interesante para solventar el importante reto provocado por la escasez del espectro RF (Radio-Frequency) disponible. Además, los sistemas FSO se configuran como una seria alternativa frente a otras tecnologías de acceso y transporte como los sistemas de RF debido a las altas tasas de señalización potencialmente muy superiores que se pueden conseguir. Estas ventajas, entre otras, han intensificado la investigación en estos sistemas en las últimas décadas. Por tanto, el análisis de sus prestaciones en términos de probabilidad de error de bit (BER, Bit Error-Rate), probabilidad de outage y capacidad ergódica es de interés relevante, siendo estas altamente afectadas por la turbulencia atmosférica, los errores por desapuntamiento entre transmisor y receptor así como por la niebla densa. En esta tesis, el análisis de las prestaciones de los sistemas FSO ha sido abordado, presentando novedosos resultados para la comunidad científica e investigadora. Dicho análisis de prestaciones se ha dividido en dos grandes áreas de investigación: análisis de la capacidad ergódica, y modelado de errores por desapuntamiento generalizado entre transmisor y receptor. Las contribuciones realizadas dentro del análisis de la capacidad ergódica están divididas en dos grupos: por un lado, el análisis de la capacidad de sistemas FSO avanzados basados en diversidad espacial tales como los sistemas MISO (Multiple-Input/Single-Output), SIMO (Single-Input/Multiple-Output) y MIMO(Multiple-Input/Multiple-Output) FSO; por otro lado, el análisis de la capacidad de sistemas cooperativos basados en retransmisión DF (Detect-and-Forward)

Outage Performance of RIS-aided Cooperative FD-SWIPT-NOMA in Nakagami-m Channels

In this work we {derive new} analytical expressions for the outage probability (OP) of the downlink (DL) cooperative full-duplex (FD) simultaneous wireless information power transfer (SWIPT) non-orthogonal multiple access (NOMA) system aided by reconfigurable intelligent surfaces (RIS). The expressions for both the strongest and weakest NOMA users are devised assuming Nakagami-$m$ channel fading. The derived analytical OP expressions are simple to compute yet accurate for a wide range of RIS passive elements configurations, energy harvesting (EH) coefficient, and residual self-interference (SI) levels, being extensively validated by numerical simulations, demonstrating the correctness and accuracy of the proposed analytical method. The OP expressions reveal how paramount is to mitigate the SI in the FD relay mode, since for reasonable values of residual SI coefficient ($\bar{\omega}\geq -13$dB), it is notable its detrimental effect over the system performance; hence, new SI reduction methods for FD relays are useful for low number of passive elements. Also, applying the proposed OP expressions to predict the behaviour of the RIS-NOMA system equipped with a higher number of passive elements ($N\geq 30$) reveals a substantial reduction of the SI effect, motivating the implementation of the cooperative FD communications. Furthermore, we found the asymptotic behavior of outage probability of both clustered users, as well as the equal diversity order for both users, given by $\frac{N\mu^2}{2-2\mu^2}$ if the fraction of the harvest energy $\rho =0$ or $0$ if $\rho\neq0$, indicating the influence of channel parameters and number of RIS elements in the performance.Comment: 23 pages, 8 figures, full pape