Investigating Visibility for the Development of Fog Attenuation Models Affecting FSO Links

With the ever-growing need for data and radio frequency spectrum getting overcrowded, Free Space Optics (FSO) may find a place for circumstances where fiber is too costly or excessively difficult to install. FSO is a multi-disciplinary area that draws from radio and fiber communication and it has experienced significant advances in the course of the most recent three decades. Among the problems associated with this technology are mostly adverse weather events such as rain and fog. Current models adopted in the study of such phenomena lack stan dardization at the wavelength (λ = 1.55µm) considered in today’s FSO links. The possibility of statistically estimating adverse atmospheric events, which condition the reliability of the system, through the use of databases would further enhance the possibility of engineering transmission systems in different locations where the necessary instrumentation for measurements might not be available or uninstallable. The databases involved in the visibility analysis are: European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF), the Wyoming database and the visibilimeters installed on the campus of the Politecnico di Milano. The visibility can be classified according to the period and place where it is measured or analysed. This work focuses on attenuation measurements due to visibility phenomenon. The attenuation obtained from the data analysis can be formalised using a new model that is able to incorporate spatial correlation of the visibility phenomenon and provide valuable support for the realisation of terrestrial FSO links over short distances. The new model will take into account a path reduction factor able to estimate the attenuation along the link in a more accurate way

Con la crescente necessità di dati e l’affollamento dello spettro delle radiofrequenze, il Free Space Optic (FSO) potrebbe trovare spazio nelle circostanze in cui la fibra sia troppo costosa o troppo difficile da installare. L’FSO è un’area multidisciplinare che attinge alle comunicazioni radio e in fibra e ha registrato progressi significativi nel corso degli ultimi tre decenni. Tra le problematiche associate a questa tecnologia ci sono per lo più eventi atmosferici avversi come pioggia e nebbia. I modelli attuali adottati nello studio di tali fenomeni mancano di standardizzazione alla lunghezza d’onda (λ = 1.55µm) considerata negli odierni sistemi FSO. La possibilità di stimare statisticamente gli eventi atmosferici avversi, che condizionano l’affidabilità del sistema, tramite l’uso di database accrescerebbe ulteriormente la possibilità di ingegnerizzare sistemi di trasmissione in diverse località dove la strumentazione necessaria alle misurazioni potrebbe essere non reperibile o installabile. I database coinvolti nell’analisi della visibilità sono: European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF), il database del Wyoming e i visibilimetri installati presso il campus del Politecnico di Milano. La visibilità può essere classificata in base al periodo e luogo dove viene misurata o analizzata. Questo lavoro si focalizza sulle misure di attenuazione dovute al fenomeno della visibilità. L’attenuazione ottenuta dall’analisi dei dati può essere formalizzata utilizzando un nuovo modello in grado di incorporare la correlazione spaziale del fenomeno della visibilità e di fornire un valido supporto per la realizzazione di collegamenti FSO terrestri su brevi distanze. Il nuovo modello terrà conto di un fattore di riduzione del percorso del link, il quale ci permetterà di stimare l’attenuazione lungo il collegamento in modo più accurato.