In this paper, we introduce a comprehensive study of the performance of intensity modulation (IM) techniques over gamma–gamma (GG) distributed free-space optical (FSO) channels. We derive closed-form expressions for the average bit error rate (BER) of thermal-noise-limited FSO systems adopting various IM techniques. The effect of atmospheric turbulence is studied. Comparisons are presented in terms of the transmitted peak power to achieve a certain BER. Results show that on–off keying, pulse amplitude modulation, and expurgated pulse-position modulation (EPPM) provide superior performance compared to other IM techniques. In addition, a proposal to reduce the peak-to-average power ratio (PAPR) of orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) is introduced by adding another modulation layer of EPPM. A closed-form expression for the average BER of the proposed hybrid OFDM–EPPM technique over GG turbulent FSO channel is derived. Moreover, an expression for the outage probability of the FSO system adopting the proposed OFDM–EPPM technique is presented. Results are investigated and compared to those of traditional OFDM and hybrid OFDM with PPM (OFDM–PPM). It is shown that the hybrid OFDM–EPPM technique outperforms the hybrid OFDM–PPM technique for the same data rate. Moreover, the hybrid OFDM–EPPM technique allows higher data rates with lower PAPR values compared to those of the hybrid OFDM–PPM technique for the same number of time slots.

中文翻译：

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大气湍流自由空间光信道上不同强度调制技术的性能分析

在本文中，我们将对强度调制（IM）技术在伽玛-伽玛（GG）分布式自由空间光（FSO）通道上的性能进行全面研究。我们得出采用各种IM技术的热噪声受限FSO系统的平均误码率（BER）的闭式表达式。研究了大气湍流的影响。根据达到特定BER的发射峰值功率进行比较。结果表明，与其他IM技术相比，开关键控，脉冲幅度调制和脉搏脉冲位置调制（EPPM）提供了卓越的性能。另外，通过增加EPPM的另一调制层，提出了降低正交频分复用（OFDM）的峰均功率比（PAPR）的提议。推导了GG湍流FSO信道上所提议的OFDM-EPPM混合技术的平均BER的封闭形式。此外，给出了采用所提出的OFDM-EPPM技术的FSO系统中断概率的表达式。对结果进行了调查，并将其与传统OFDM和具有PPM的混合OFDM（OFDM–PPM）进行了比较。结果表明，在相同数据速率下，OFDM-EPPM混合技术优于OFDM-PPM混合技术。此外，与相同数量的时隙上的OFDM-PPM混合技术相比，OFDM-EPPM混合技术可实现更高的数据速率和更低的PAPR值。对结果进行了调查，并将其与传统OFDM和具有PPM的混合OFDM（OFDM–PPM）进行了比较。结果表明，在相同数据速率下，OFDM-EPPM混合技术优于OFDM-PPM混合技术。此外，与相同数量的时隙中的OFDM-PPM混合技术相比，OFDM-EPPM混合技术可实现更高的数据速率和更低的PAPR值。对结果进行了调查，并将其与传统OFDM和具有PPM的混合OFDM（OFDM–PPM）进行了比较。结果表明，在相同数据速率下，OFDM-EPPM混合技术优于OFDM-PPM混合技术。此外，与相同数量的时隙中的OFDM-PPM混合技术相比，OFDM-EPPM混合技术可实现更高的数据速率和更低的PAPR值。