Relay-assisted free-space optical (FSO) communication systems are exploited as a means to mitigate the limiting effects of the turbulence induced atmospheric scintillation. However, conventional ground relays are stationary, and their optimal placement is not always feasible. Due to their mobility and flexibility, unmanned aerial vehicles (UAVs) provide new opportunities for FSO relaying systems. In this paper, a hovering UAV-based serial FSO decode-and-forward relaying system is investigated. In the channel modelling for such a system, four types of impairments (i.e., atmospheric loss, atmospheric turbulence, pointing error, and link interruption due to angle-of-arrival fluctuation) are considered. Based on the proposed channel model, a tractable expression for the probability density function of the total channel gain is obtained. Closed-form expressions of the link outage probability and end-to-end outage probability are derived. Asymptotic outage performance bounds for each link and the overall system are also presented to reveal insights into the impacts of different impairments. To improve system performance, we optimize the beam width, field-of-view and UAVs' locations. Numerical results show that the derived theoretical expressions are accurate to evaluate the outage performance of the system. Moreover, the proposed optimization schemes are efficient and can improve performance significantly.


翻译:常规地面继电器是静止的,其最佳位置并非始终可行。由于其机动性和灵活性,无人驾驶飞行器(UAVs)为FSO中继系统提供了新的机会。在本文中,对以悬浮为主的以UAV为基础的系列FSO脱码和前向中继系统进行了调查。在该系统的频道建模中,还介绍了四种类型的缺陷(即大气损耗、大气扰动、指错和因降降降角度波动而中断的连接)。根据拟议的频道模型,我们获得了总通道增益的概率密度功能的可移动表达方式。从封闭式表达方式可以得出链接出故障概率和端到端的离位概率。每个链接的惯性外性能约束和整个系统也展示了四种类型的缺陷(即大气损耗损、大气扰动、大气扰动、指向误差、指误差和因降角度波动而中断)。为了改进系统性能,我们优化了系统性能,我们优化了系统范围的深度、实地和最佳性能,从而展示了系统生成结果。

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