Đánh giá lỗi định hướng trong kênh truyền quang vô tuyến dưới những điều kiện thời tiết khác nhau

Giảm đến hiệu năng của một tuyến quang vô tuyến ở khoảng cách xa. Trong bài báo này, chúng tôi thực hiện việc đánh giá từ nhiều lỗi định hướng ở từng điều kiện thời tiết khác nhau để xác định được ngưỡng của lỗi định hướng làm ảnh hưởng đến tỷ số lỗi bit của hệ thống.

Đánh giá lỗi định hướng trong kênh truyền quang vô tuyến dưới những điều kiện thời tiết khác nhau

Phạm Duy Khiêm∗, Lê Quốc Cường†, và Võ Nguyễn Quốc Bảo∗

∗ Phòng Thí Nghiệm Thông Tin Vô Tuyến

Học Viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông, Cơ Sở TP Hồ Chí Minh Email: khiemwood86@yahoo.com, baovnq@ptithcm.edu.vn

†Sở Thông Tin và Truyền Thông TP Hồ Chí Minh

Email: lequoccuong@tphcm.gov.vn

Tóm tắt—Lỗi định hướng (Pointing Error) là một trong

những thách thức chính mà kênh truyền quang vô tuyến

phải đối diện Lỗi định hướng là một tham số biễu diễn

góc độ tầm nhìn thẳng giữa hai đầu phát và đầu thu laser

trong kênh truyền quang vô tuyến Tham số này phụ thuộc

vào điều kiện thời tiết và gây suy giảm đến hiệu năng của

một tuyến quang vô tuyến ở khoảng cách xa Trong bài

báo này, chúng tôi thực hiện việc đánh giá từ nhiều lỗi

định hướng ở từng điều kiện thời tiết khác nhau để xác

định được ngưỡng của lỗi định hướng làm ảnh hưởng đến

tỷ số lỗi bit của hệ thống.

Từ khóa—quang vô tuyến, lỗi định hướng (Pointing

Error), hiệu năng, điều kiện thời tiết

I GIỚI THIỆU Ngày nay, công nghệ quang vô tuyến (Free-Space

Optical communication - FSO) là một chủ đề nóng và

có tầm quan trọng trong hệ thống thông tin FSO như là

một giải pháp thay thế mang tính khả thi về mặt thương

mại cho hệ thống thông tin vô tuyến bởi độ tin cậy và

khả năng triển khai nhanh chóng cho mạng dữ liệu và

thoại [1] Những kết nối FSO phạm vi ngắn được sử

dụng như một giải pháp thay thế cho những kết nối vô

tuyến, để cung cấp mạng truy cập băng thông cho doanh

nghiệp giống như là một cầu nối băng thông rộng giữa

những mạng nội bộ, mạng khu vực đô thị và mạng diện

rộng [2] Hệ thống FSO mặt đất đã chứng tỏ là một

công nghệ bổ sung khả thi trong việc giải quyết những

thách thức thông tin liên lạc hiện đại, đặc biệt là những

nhu cầu về tốc độ dữ liệu băng thông cao của người

dùng với một chi phí có thể chấp nhận FSO được tích

hợp vào trong mạng truy cập làm cho việc truyền xa

và nhanh hơn [3] Tuy nhiên, những ảnh hưởng trong

kênh truyền khí quyển như sương mù dày đặc, khói và

nhiễu loạn không khí đặt ra những thách thức lớn nhất

cho hệ thống FSO mặt đất tầm xa Ngoài yếu tố về thời

tiết, những tuyến quang vô tuyến với khoảng cách trên

một km sẽ chịu ảnh hưởng của lỗi định hướng Lỗi định

hướng được tạo ra từ rung lắc của tòa nhà, gió mạnh vì vậy lỗi định hướng làm ảnh hưởng đến hiệu năng tuyến quang vô tuyến Cho đến nay, đã có một số bài báo xem xét đến bài toán lỗi định hướng ảnh hưởng hiệu năng của tuyến quang vô tuyến, ví dụ [4], [5], [6], [7] Bài báo [4] xem xét bài toán lỗi định hướng ảnh hưởng hiệu năng của tuyến quang vô tuyến sửdụng phương pháp phân tích hàm Bessel của mô hình mật độ xác suất lỗi định hướng Bài báo [5] xem xét bài toán tối ưu dung lượng dừng của tuyến quang vô tuyến khi có lỗi định hướng Bài báo [7] xem xét bài toán lỗi định hướng ảnh hưởng đến tuyến quang vô tuyến khi có nhiễu động không khí Tuy nhiên cả ba bài báo đều bỏ qua điều kiện thời tiết như hấp thụ và tán xạ, làm kết quả bài toán lỗi định hướng ảnh hưởng đến hiệu năng tuyến quang vô tuyến

có phần không thực tế

Trong bài báo này, chúng tôi sẽ xác định ngưỡng lỗi định hướng tại máy phát và máy thu làm ảnh hưởng đến

tỷ số lỗi bit ở từng điều kiện thời tiết khác nhau sửdụng phương pháp quét tham số lỗi định hướng trong chương trình Optisystem Mặc dù sửcùng phương pháp với bài báo bài báo [8], điểm mới của bài báo là xem xét tại

TP Hồ Chí Minh với những điều kiện cụ thể

Phần còn lại của bài báo được tổ chức như sau Phần II, chúng tôi trình bày mô hình hệ thống xem xét Phần III đề cập đến lỗi định hướng của hệ thống FSO

và ảnh hưởng của sự suy hao khí quyển đến hiệu năng của hệ thống Trong phần IV, chúng tôi thực hiện mô phỏng trên phần mềm Optisystem để kiểm chứng Cuối cùng, bài báo kết thúc bằng kết luận ở Phần V

II MÔ HÌNH HỆ THỐNG Xem xét hệ thống quang vô tuyến gồm có một cặp máy phát và máy thu, một kênh truyền quang vô tuyến trình bày như Hình 1 Máy phát có nhiệm vụ chính là điều chế nguồn dữ liệu vào với sóng mang quang Sau

đó tín hiệu sẽ được truyền qua khí quyển đến máy thu

&KPTXDQJ 0i\SKiW 0i\WKX

%ӝÿLӅXFKӃYjODVHU %ӝJLҧLÿLӅXFKӃ

.tQKQJҳP

Hình 1 Sơ đồ khối của một kênh truyền FSO.

Loại điều chế được sửdụng hầu hết đều là điều chế

cường độ Trong đó nguồn dữ liệu được điều chế trên

cường độ bức xạ quang Điều này đạt được bằng cách

thay đổi dòng điều khiển của nguồn quang trực tiếp với

dữ liệu được phát hoặc thông qua một bộ điều chế ngoài

như là bộ giao thoa kế đối xứng Mach-Zehnder Việc

sửdụng bộ điều chế ngoài bảo đảm tốc độ dữ liệu cao

hơn so với bộ điều chế trực tiếp nhưng ở bộ điều chế

ngoài có một đáp ứng phi tuyến Những đặc tính khác

của bức xạ quang như là pha, tần số và trạng thái phân

cực có thể cũng được điều chế với dữ liệu hoặc thông

tin thông qua một bộ điều chế ngoài Khối truyền tín

hiệu đi xa có nhiệm vụ là tập hợp, chuẩn trực và ngắm

thẳng hướng bức xạ quang tiến đến khối thu tín hiệu tại

đầu cuối của kênh truyền Đa số các hệ thống FSO được

thiết kế để hoạt động với các dải bước sóng 780-850 nm

và 1520-1600 nm Dải bước sóng 780-850nm thì được

sửdụng rộng rãi nhất bởi vì với dải bước sóng này thì

thiết bị và linh kiện luôn có sẵn để đáp ứng và giá thành

thấp Dải bước sóng 1550nm thường được sửdụng trong

hệ thống FSO vì i) tương thích với mạng phân ghép khe

theo bước sóng thế hệ thứ 3 ii) an toàn cho mắt và iii)

giảm bớt sự ảnh hưởng bức xạ năng lượng mặt trời và

tán xạ ánh sáng trong điều kiện sương dày đặc Do đó

với bước sóng 1550nm sẽ tạo ra một năng lượng đáng kể

có thể truyền vượt qua màn sương dày đặc Tuy nhiên,

sẽ có mặt hạn chế với dải bước sóng 1550nm là giảm

nhẹ độ nhạy của bộ tách sóng, giá thành của linh kiện

cao hơn và đòi hỏi việc kết nối khắc khe hơn

Máy thu hỗ trợ việc khôi phục các dữ liệu được phát

đi từ phía máy phát bao gồm: bộ thu tín hiệu quang, bộ

lọc dải thông quang, bộ tách sóng quang, và bộ xửlý

tách sóng

III LỖI ĐỊNH HƯỚNG CỦA HỆ THỐNG VÀ SỰ

SUY HAO KHÍ QUYỂN

Tín hiệu quang được truyền qua không gian tự do và

chịu tác động của lỗi định hướng như trình bày ở Hình 2

Ta có công suất thu tại bộ tách sóng quang được cho

.KҭXÿӝSKiW

.KҭXÿӝWKX

&KPWLDTXDQJ

Hình 2 Góc thu và phát lỗi định hướng.

bởi công thức Friis như sau [6]:

PR= PTηTηR

 λ 4πd

2

GTGRLTLR (1) vớiPRlà công suất của tín hiệu tại máy thu,PT là công suất phát của tín hiệu tại máy phát,ηTηR là hiệu suất quang của máy phát và máy thu, λ là bước sóng phát của tín hiệu, vàd là khoảng cách từ máy phát đến máy thu Độ lợiGT vàGRcủa máy phát và máy thu có công thức như sau:

GT =



πDT

λ

2 , GR=



πDR

λ

2

(2)

với DT là khẩu độ máy phát và DR là khẩu độ máy thu Hệ số suy hao, LT và LR do lỗi định hướng của máy phát và máy thu có công thức như sau:

LT = exp−GTθT 2

, LR= exp−GTθR 2

, (3) vớiθT là lỗi định hướng của máy phát vàθRlà lỗi định hướng của máy thu

Sự suy hao khí quyển bao gồm hai hiện tượng hấp thụ và tán xạ [9] Nồng độ các chất trong khí quyển gây ra sự suy hao tín hiệu theo thời gian và không gian khác nhau, và phụ thuộc vào vị trí và điều kiện thời tiết hiện tại Đối với kết nối FSO mặt đất việc truyền tải tín hiệu quang từ máy phát đến máy thu thông qua bầu khí quyển ở một khoảng cáchd tuân theo định luật Beer-Lampert như sau:

τ (λ, d) = PR

PT = exp [−y (λ) d] (4) vớiy (λ) và τ (λ, d) là hai hệ số đại diện cho tổng suy hao và việc truyền tải tín hiệu quang thông qua bầu khí

quyển ở bước sóng λ tương ứng Sự suy hao tín hiệu

quang trong bầu khí quyển bị gây ra bởi những thành

phần phân tửkhí và điều kiện thời tiết Hệ số suy hao

là tổng những hệ số hấp thụ và tán xạ từ những thành

phần phân tửvà điều kiện thời tiết trong khí quyển có

công thức như sau:

y (λ) = αm(λ) + αa(λ) + βm(λ) + βa(λ) (5)

với αm(λ) và αa(λ) là hai tham số biểu diễn cho sự

hấp thụ bởi những phân tửvà các hạt trong khí quyển

βm(λ) và βa(λ) là hai tham số biểu diễn cho sự tán xạ

bởi những phân tửvà các hạt trong khí quyển

Sự hấp thụ là hiện tượng diễn ra khi có sự tương tác

giữa sự lan truyền những photon và phân tửtrong khí

quyển dọc theo đường truyền [9] Một vài photon bị mất

năng lượng và chuyển đổi thành nhiệt năng Tham số

hấp thụ phụ thuộc rất nhiều vào phân tửkhí và nồng độ

của chúng Sự hấp thụ phụ thuộc vào bước sóng Điều

này dẫn đến trong khí quyển tồn tại những vùng trong

suốt, dải bước sóng có sự hấp thụ nhỏ nhất, được gọi là

những cửa sổ truyền tải Tuy nhiên, các bước sóng sử

dụng trong FSO về cơ bản trùng với các cửa sổ truyền

tải trong khí quyển kết quả là tham số suy hao khí quyển

được quyết định bởi sự tán xạ được viết lại như sau:

Sự tán xạ là hiện tượng biến đổi hướng truyền của trường

quang trong khí quyển mà không liên quan đến việc thay

đổi hoặc không thay đổi bước sóng [9] Sự tán xạ phụ

thuộc vào bán kính r của các hạt (sương, phân tửkhí)

xảy ra trong suốt quá trình truyền tín hiệu Tán xạ được

mô tả bằng cách xem xét tham sốx0= 2πr/λ [9] Nếu

x0 << 1, thì sự tán xạ được xem là tán xạ Rayleigh,

nếux0≈ 1 thì đó là tán xạ Mie Với x  1 thì sự tán

xạ có thể được giải thích theo lý thuyết nhiễu xạ trong

quang hình học Sự tán xạ khác nhau của các hạt trong

khí quyển được mô tả trong Bảng I

Kích thước của các hạt sương mù được so sánh rất

nhiều với dải bước sóng được quan tâm trong FSO (0.5

μm-2 μm) Do đó sương mù là yếu tố chính có thể làm

cho photon ánh sáng suy giảm năng lượng Tán xạ Mie

sẽ được mô tả dựa trên công thức được thể hiện qua

phạm vi tầm nhìn với đơn vị km Phạm vi tầm nhìn là

khoảng cách mà một chùm ánh sáng song song đi qua

trong không khí cho đến khi cường độ giảm xuống 2%

so với giá trị ban đầu [9] Tầm nhìn được đo bởi một

thiết bị được gọi là máy đo truyền dẫn Ta có mô hình

thực nghiệm cho tán xạ Mie

βa(λ) = 3.91

V

 λ 550

−δ

(7)

vớiδ được cho bởi mô hình Kim như sau

δ =

⎧

⎪

⎪

⎪

⎪

1.6, V > 50 1.3, 6 < V < 50 0.16V + 0.34, 1 < V < 6

V − 0.5, 0.5 < V < 1

0, V < 0.5

(8)

trong đóV là tầm nhìn đơn vị km [10, p 203]

IV KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ Phần này chúng tôi tập trung mô phỏng sự ảnh hưởng của lỗi định hướng lên tỷ số lỗi bit và công suất tín hiệu của một tuyến quang sửdụng phần mềm Optisystem1

Mô hình mô phỏng kết nối FSO giữa hai điểm trong thành phố Hồ Chí Minh, xem Hình 3, được trình bày trong Hình 4 Tốc độ truyền dữ liệu là 1 Gbps, giá trị lớn nhất của công suất phát được cài đặt là 23.11 dBm với khoảng cách giữa hai điểm là 1 km trong ba điều kiện thời tiết khác nhau: bình thường, sương mù nhẹ và sương mù dày đặc Bảng II cung cấp các thông số kỹ thuật của kết nối FSO

Hình 3 Bản đồ địa điểm khảo sát tại thành phố Hồ Chí Minh.

Từ công thức (4), (6), (7), và (8) được trình bày ở Phần III, chúng tôi tính toán được giá trị suy hao công suất ở những điều kiện thời tiết bình thường, sương mù nhẹ và sương mù dày đặc trong thành phố Hồ Chí Minh Những giá trị này được thể hiện ở Bảng III Giá trị suy hao từ 0.1920 dB/km ở điều kiện thời tiết bình thường tăng lên đến 1.5379 dB/km ở điều kiện thời tiết có sương

1 http://optiwave.com/category/products/system-and-amplifier-design/optisystem/

Bảng I

L OẠI TÁN XẠ VÀ BÁN KÍNH CÁC HẠT TRONG KHÍ QUYỂN

Phân tửkhí 0.0001 0.00074 Rayleigh Hạt sương mù 0.01-1 0.074-7.4 Rayleigh-Mie Giọt sương mù 1-20 7.4-147.8 Mie-Geometrical Mưa 100-10000 740-74000 Geometrical Tuyết 1000-5000 7400-37000 Geometrical Mưa đá 5000-50000 37000-370000 Geometrical

Bảng III

G IÁ TRỊ SUY HAO CÔNG SUẤT THEO ĐIỀU KIỆN THỜI TIẾT

Điều kiện thời tiết Suy hao công suất (dB/km) Tầm nhìn (km)

Sương mù dày đặc 15.5554 0.8

Hình 4 Mô hình kết nối FSO trong Optisystem.

Bảng II

T HÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA KẾT NỐI FSO.

Tham số kênh truyền Giá trị

Tốc độ truyền dẫn 1 Gbps

Khoảng cách truyền ( d) 1 Km

Công suất phát quang ( PT ) 320 mW

Bước sóng sửdụng ( λ) 1550 nm

Hiệu suất quang của bộ phát ( ηT ) 0.8

Hiệu suất quang của bộ thu ( ηR ) 0.75

Đường kính của bộ phát ( DT ) 10 cm

Đường kính của bộ thu ( DR ) 10 cm

mù nhẹ và 15.5554 dB/km ở điều kiện thời tiết có sương

mù dày đặc Tầm nhìn cũng giảm dần trong điều kiện

thời tiết ngày càng khó khăn hơn

Kết quả trong Bảng IV biểu diễn phạm vi giá trị của

lỗi định hướng lớn nhất cho phép để đảm bảo tỷ số

lỗi bit không vượt quá10−9 với đơn vị được tính bằng

μrad trong ba điều kiện thời tiết khảo sát Với cùng

mức tỷ lệ lỗi bit yêu cầu, ta có thể thấy rằng điều kiện thời tiết tốt sẽ tăng khả năng chịu đựng của hệ thống trước lỗi định hướng, xem Hình 5 Ví dụ, chênh lệnh giữa lỗi định hướng phát giữa điều kiện thời tiết bình thường và điều kiện thời tiết có sương mù dày đặc là 2.42μrad tương ứng với 14.58% Sau đây chúng tôi sử dụng chương trình mô phỏng Optisystem để xác định giá trị lỗi định hướng lớn nhất trong những điều kiện thời tiết bình thường, sương mù nhẹ và sương mù dày đặc

Hình 6 Công suất của tín hiệu tại máy phát.

Hình 6 trình bày công suất của tín hiệu tại máy phát với bước sóng được chọn là 1.55 μm Bước sóng này phù hợp với chuẩn của hệ thống FSO Ở điều kiện thời tiết bình thường, giá trị công suất của tín hiệu tại máy

Bảng IV

G IÁ TRỊ LỖI ĐỊNH HƯỚNG LỚN NHẤT THEO TỪNG ĐIỀU KIỆN THỜI TIẾT Điều kiện thời tiết Suy hao công suất (dB/km) Giá trị lớn nhất của Giá trị lớn nhất của

lỗi định hướng phát ( μrad) lỗi định hướng thu ( μrad)

Hình 5 Giá trị lỗi định hướng lớn nhất ở các điều kiện thời tiết.

thu ở điều kiện thời tiết bình thường được thể hiện qua

Hình 7, với giá trị suy hao công suất trong không khí là

0.1920 dB/Km, giá trị lớn nhất của lỗi định hướng phát

được tính ở Bảng IV là 19.01 μrad, BER= 1.09 10−9

và giá trị công suất của tín hiệu tại máy thu là -31.69

dBm Giá trị BER của hệ thống FSO được xác định theo

những giá trị của lỗi định hướng phát ở điều kiện thời

tiết bình thường được thể hiện qua điểm A của Hình 8

Ở điều kiện thời tiết có sương mù nhẹ, giá trị công

suất của tín hiệu tại máy thu trong điều kiện thời tiết

sương mù nhẹ được thể hiện qua Hình 9 với giá trị suy

hao công suất trong không khí là 1,5379 dB/km, giá trị

lớn nhất của lỗi định hướng phát được tính ở Bảng IV

là 18,81μrad với BER = 1, 06.10−9 và giá trị công suất

của tín hiệu tại máy thu là -31,68 dBm

Giá trị BER của hệ thống FSO được xác định theo

những giá trị của lỗi định hướng phát ở điều kiện thời

tiết có sương mù nhẹ được thể hiện qua điểm A của

Hình 10

Ở điều kiện thời tiết có sương mù dày đặc, giá trị

công suất của tín hiệu tại máy thu trong điều kiện thời

tiết sương mù dày đặc được thể hiện qua Hình 11, với giá trị suy hao công suất trong không khí là 15,5554 dB/km, giá trị lớn nhất của lỗi định hướng phát được tính ở Bảng IV là 16,59μrad và BER = 1, 03.10−9 và giá trị công suất của tín hiệu tại máy thu là -31,68 dBm Giá trị BER của hệ thống FSO được xác định theo những giá trị của lỗi định hướng phát ở điều kiện thời tiết có sương mù dày đặc được thể hiện qua điểm A của Hình 12

Giá trị công suất của tín hiệu tại máy thu ở điều kiện thời tiết sương mù dày đặc trong trường hợp vượt ngưỡng giá trị lỗi định hướng phát là 19μrad được thể hiện qua Hình 13 Với giá trị suy hao công suất trong không khí là 15,5554 dB/km Giá trị công suất của tín hiệu tại máy thu là -47,75 dBm

V KẾT LUẬN Trong bài báo này, chúng tôi đã thực hiện mô phỏng

hệ thống quang vô tuyến qua kênh truyền suy hao không khí ở những điều kiện thời tiết khác nhau với khoảng cáchd = 1 km và bước sóng λ = 1550 nm Qua kết quả

Hình 7 Công suất của tín hiệu tại máy thu ở điều kiện thời tiết bình

thường.

Hình 8 Giá trị lỗi định hướng phát lớn nhất 19.01 μrad ở điều kiện

thời tiết bình thường.

mô phỏng chúng tôi có hai kết luận quan trọng: i) lỗi

định hướng ảnh hưởng rõ rệt lên hiệu năng của hệ thống

FSO Khi điều kiện thời tiết trở nên khó khăn hơn, ảnh

hưởng này trở nên mạnh hơn và ii) hiệu năng của hệ

Hình 9 Công suất của tín hiệu tại máy thu ở điều kiện thời tiết sương

mù nhẹ.

Hình 10 Giá trị lỗi định hướng phát lớn nhất 18,81 μrad ở điều kiện thời tiết sương mù nhẹ.

thống còn phụ thuộc vào độ dài bước sóng và khoảng cách truyền

TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] N Ghazisaidi, M Maier, and C M Assi, “Fiber-wireless (fiwi)

access networks: A survey,” IEEE Communications Magazine,

vol 47, no 2, pp 160–167, 2009.

[2] C Lethien, C Loyez, and J P Vilcot, “Potentials of radio over multimode fiber systems for the in-buildings coverage of

mo-Hình 13 Công suất của tín hiệu tại máy thu ở điều kiện thời tiết sương

mù dày đặc, φT = φR = 19 μrad.

Hình 11 Công suất của tín hiệu tại máy thu ở điều kiện thời tiết sương

mù dày đặc, φT = φR = 16.59 μrad.

Hình 12 Giá trị lỗi định hướng phát lớn nhất 16,59 μrad ở điều kiện thời tiết sương mù dày đặc

bile and wireless lan applications,” IEEE Photonics Technology

Letters, vol 17, no 12, pp 2793–2795, 2005.

[3] D Wake, A Nkansah, and N J Gomes, “Radio over fiber

link design for next generation wireless systems,” Journal of

Lightwave Technology, vol 28, no 16, pp 2456–2464, 2010.

[4] V Vilnrotter, “The effects of pointing errors on the performance

of optical communications systems,” TDA Progress Report 42,

vol 63, pp 136–146, 1981.

[5] A A Farid and S Hranilovic, “Outage capacity optimization

for free-space optical links with pointing errors,” Journal of

Lightwave technology, vol 25, no 7, pp 1702–1710, 2007.

[6] X Liu, “Performance of the wireless optical communication system with variable wavelength and bessel pointing loss factor,”

in Proc 2008 IEEE Wireless Communications and Networking

Conference (WCNC’08) IEEE, pp 797–802.

[7] D K Borah and D G Voelz, “Pointing error effects on free-space optical communication links in the presence of

atmo-spheric turbulence,” Journal of Lightwave Technology, vol 27,

no 18, pp 3965–3973, 2009.

[8] N A Mohammed, A S El-Wakeel, and M H Aly, “Pointing

error in fso link under different weather conditions,”

Interna-tional Journal of Video Image Processing and Network Security,

vol 12, no 01, pp 06–09, Feb 2012.

[9] Z Ghassemlooy and W Popoola, “Terrestrial free-space optical

communications,” Mobile and Wireless Communications

Net-work Layer and Circuit Level Design, pp 362–363, 2010.

[10] W Popoola, “Subcarrier intensity modulated free-space optical communication systems,” Thesis, 2009.