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An Information-Theoretic Comparison Between Coherent and IM/DD Transmissions for Free Space Optical Communications

Zahr, Ayman und Colavolpe, Giulio und Foggi, Tommaso und Matuz, Balazs und Vannucci, Armando (2024) An Information-Theoretic Comparison Between Coherent and IM/DD Transmissions for Free Space Optical Communications. IEEE Journal on Selected Areas in Communications, 42 (5). IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers. doi: 10.1109/JSAC.2024.3365898. ISSN 0733-8716.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
2MB

Kurzfassung

We investigate the performance of free-space optical communication systems in the presence of atmospheric turbulence to assess the advantages that a coherent communication system can bring with respect to a conventional intensity modulation and direct detection (IM/DD) system. The perspective is an information-theoretic one, hence we evaluate the mutual information and the corresponding outage probability of both channels, with various traditional symbol constellations, as a pragmatic approximation to the capacity, or to the outage capacity, of those channels. In addition, we analyze non-uniform symbol constellations to evaluate the possible shaping gain that can be achieved under different channel conditions. We propose a method to quantify the gain that the coherent solution can achieve, in terms of signal-to-noise ratio (SNR), so that it can be compared, on a techno-economical basis, against the higher cost that it implies.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/228081/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:An Information-Theoretic Comparison Between Coherent and IM/DD Transmissions for Free Space Optical Communications
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Zahr, Aymanayman.zahr (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Colavolpe, Giuliogiulio (at) unipr.itNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Foggi, Tommasotommaso.foggi (at) unipr.itNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Matuz, BalazsBalazs.Matuz (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-0133-6564NICHT SPEZIFIZIERT
Vannucci, Armandoarmando.vannucci (at) unipr.itNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:2024
Erschienen in:IEEE Journal on Selected Areas in Communications
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:42
DOI:10.1109/JSAC.2024.3365898
Verlag:IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers
ISSN:0733-8716
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Free-space optics, atmospheric turbulence, coherent optical systems, IM/DD systems, shaping gain.
HGF - Forschungsbereich:keine Zuordnung
HGF - Programm:keine Zuordnung
HGF - Programmthema:keine Zuordnung
DLR - Schwerpunkt:Digitalisierung
DLR - Forschungsgebiet:D - keine Zuordnung
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):D - keine Zuordnung
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Kommunikation und Navigation
Institut für Kommunikation und Navigation > Satellitennetze
Hinterlegt von: Zahr, Ayman
Hinterlegt am:27 Okt 2026 16:47
Letzte Änderung:04 Nov 2026 12:02

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