The Distribution of Minimum of Ratios of Two Random Variables and Its Application in Analysis of Multi-hop Systems

The distributions of random variables are of interest in many areas of science. In this paper, ascertaining on the importance of multi-hop transmission in contemporary wireless communications systems operating over fading channels in the presence of cochannel interference, the probability density functions (PDFs) of minimum of arbitrary number of ratios of Rayleigh, Rician, Nakagami-m, Weibull and α-µ random variables are derived. These expressions can be used to study the outage probability as an important multi-hop system performance measure. Various numerical results complement the proposed mathematical analysis

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)

Statistical Studies of Fading in Underwater Wireless Optical Channels in the Presence of Air Bubble, Temperature, and Salinity Random Variations (Long Version)

Optical signal propagation through underwater channels is affected by three main degrading phenomena, namely absorption, scattering, and fading. In this paper, we experimentally study the statistical distribution of intensity fluctuations in underwater wireless optical channels with random temperature and salinity variations as well as the presence of air bubbles. In particular, we define different scenarios to produce random fluctuations on the water refractive index across the propagation path, and then examine the accuracy of various statistical distributions in terms of their goodness of fit to the experimental data. We also obtain the channel coherence time to address the average period of fading temporal variations. The scenarios under consideration cover a wide range of scintillation index from weak to strong turbulence. Moreover, the effects of beam-collimator at the transmitter side and aperture averaging lens at the receiver side are experimentally investigated. We show that the use of a transmitter beam-collimator and/or a receiver aperture averaging lens suits single-lobe distributions such that the generalized Gamma and exponential Weibull distributions can excellently match the histograms of the acquired data. Our experimental results further reveal that the channel coherence time is on the order of $10^{-3}$ seconds and larger which implies to the slow fading turbulent channels

Average symbol error rate analysis of reconfigurable intelligent surfaces-assisted free-space optical link over log-normal turbulence channels

Optical wireless communication (OWC) has attracted significant interest recently in academia and industry. Free-space optical (FSO) communication systems are where free space acts as a communication channel between transceivers that are line of sight (LOS) for the successful transmission of optical signals. The FSO transmissions through the atmosphere, nevertheless, bring significant challenges, besides the uncertainty of atmospheric channels, especially the signal fading due to the atmospheric turbulence, attenuation and pointing errors caused by the random beam misalignments between transceivers, signal obstruction due to buildings or trees can pre-vent the transmitted message to reach the destination. This study theoretically investigates the average symbol error rate (ASER) of reconfigurable intelligent surfaces (RIS) assisted FSO link over log-normal turbulence channels. The RIS effect is examined by considering the influence of link distance, transmitted optical power, and quadrature amplitude modulation (QAM) scheme on the ASER