Experimental investigation of pointing errors on drone-based FSO systems

Abstract

Airborne free-space optical (FSO) communication links can be efficiently used for backhaul/fronthaul needs of future cellular networks. Unlike terrestrial FSO links where a fixed connection between two buildings is considered, airborne FSO links bring unique challenges due to the mobility of the drone. In this thesis, an experimental study is carried out to demonstrate the effect of pointing errors in drone-based FSO systems. A supervised learning method is employed for tracking purpose of the FSO signal. Further, power measurements are taken, and the probability distribution of the received signal power is characterized. We further present comparisons between tracking and non-tracking cases and demonstrate the benefits of the tracking system. Motivated by these results, we then purse the second experimental campaign using a MEMS scanner. Furthermore, we investigate whether the studies in the literature match real-life situations. For this, quadcopter data taken from computer simulations are used, and after power measurements are taken by driving the MEMS scanner.

Havadan serbest uzay optik haberleşme (FSO) bağlantıları, gelecekteki hücresel ağların arabağlanım ihtiyaçları için verimli bir şekilde kullanılabilir. İki bina arasında sabit bir bağlantı olarak düşünüldüğünde karasal FSO bağlantılarının aksine, havadan FSO bağlantıları dronun hareketliliği nedeniyle kendine özgü zorluklar getirir. Bu tezde, dron tabanlı FSO sistemlerinde hizalama hatalarının etkisini göstermek için deneysel bir çalışma gerçekleştiriyoruz. FSO sinyalinin izlenmesi amacıyla gözetimli bir öğrenme yöntemi kullanıyoruz. Güç ölçümleri alıyoruz ve alınan sinyal gücünün olasılık dağılımını karakterize ediyoruz. Ayrıca takipli ve takipsiz durumlar arasında karşılaştırmalar sunup takip sisteminin faydalarını gösteriyoruz. Bu sonuçlarla motive olarak, bir MEMS tarayıcı kullanarak ikinci deneysel süreci takip ediyoruz. Buna ek olarak, literatürdeki çalışmaların gerçek hayatta olan durumlarıyla uyuşup uyuşmadığını araştırıyoruz. Bunun için bilgisayar simülasyonlarından alınan dron verilerini kullanılıyor ve sonrasında MEMS tarayıcıyı sürerek güç ölçümleri yapıyoruz.