Ultraviolet communication (UVC) is emerging as an attractive alternative to the existing optical wireless communication (OWC) technologies. UVC experiences negligible noise on the earth’s surface, and also has the ability to operate in non-line-of-sight (NLOS) mode, thereby making it a perfect choice for outdoor communication. However, due to strong interaction of ultraviolet waves with atmospheric particles, it suffers from a very high path loss and turbulence-induced fading, which limits UVC system’s performance. We consider a decode-and-forward based cooperative relaying technique to improve the performance of NLOS UVC system, and to extend its communication range. We consider the practical case of imperfect channel state information at the receiver and derive outage probability of the system. We also consider impact of elevation angles, receiver field-of-view (FOV), and turbulence strength on the system performance. We compute the relative diversity order of the system and demonstrate its convergence through asymptotic analysis. Next, we obtain the novel expression of probability density function of the end-to-end instantaneous signal-to-noise-ratio. We use single subcarrier intensity modulation employing quadrature amplitude modulation (QAM) and derive the novel generalized analytical expressions for rectangular QAM, cross QAM, and futuristic hexagonal QAM schemes. We carry out a detailed performance study considering different system configurations and several interesting insights are highlighted, which reinforces UVC as a futuristic OWC technology. Correctness of the derived analytical expressions is confirmed using Monte-Carlo simulations.

中文翻译：

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CSI缺陷的多中继DF NLOS UVC系统的性能

紫外线通信（UVC）逐渐成为现有光学无线通信（OWC）技术的一种有吸引力的替代方案。UVC在地球表面的噪声可以忽略不计，并且还具有在非视距（NLOS）模式下运行的能力，从而使其成为户外通信的理想选择。然而，由于紫外线与大气颗粒的强烈相互作用，它遭受了非常高的路径损耗和湍流引起的衰落，这限制了UVC系统的性能。我们考虑一种基于解码和转发的协作中继技术，以提高NLOS UVC系统的性能，并扩展其通信范围。我们考虑接收器上不完美的信道状态信息的实际情况，并得出系统的中断概率。我们还考虑了仰角的影响，接收器的视场（FOV）和湍流强度对系统性能的影响。我们计算系统的相对分集阶数，并通过渐近分析证明其收敛性。接下来，我们获得了端到端瞬时信噪比的概率密度函数的新颖表达。我们使用采用正交幅度调制（QAM）的单子载波强度调制，并得出矩形QAM，交叉QAM和未来派六角形QAM方案的新颖广义解析表达式。我们在考虑不同系统配置的情况下进行了详细的性能研究，并着重强调了一些有趣的见解，这些观点加强了UVC作为一种未来派OWC技术的地位。导出的分析表达式的正确性已通过蒙特卡洛模拟得到了证实。和湍流强度对系统性能的影响。我们计算系统的相对分集阶数，并通过渐近分析证明其收敛性。接下来，我们获得了端到端瞬时信噪比的概率密度函数的新颖表达。我们使用采用正交幅度调制（QAM）的单子载波强度调制，并得出矩形QAM，交叉QAM和未来派六角形QAM方案的新颖广义解析表达式。我们在考虑不同系统配置的情况下进行了详细的性能研究，并着重介绍了一些有趣的见解，这些观点加强了UVC作为一种未来派OWC技术的地位。导出的分析表达式的正确性已通过蒙特卡洛模拟得到了证实。和湍流强度对系统性能的影响。我们计算系统的相对分集阶数，并通过渐近分析证明其收敛性。接下来，我们获得了端到端瞬时信噪比的概率密度函数的新颖表达。我们使用采用正交幅度调制（QAM）的单子载波强度调制，并得出矩形QAM，交叉QAM和未来派六角形QAM方案的新颖广义解析表达式。我们在考虑不同系统配置的情况下进行了详细的性能研究，并着重强调了一些有趣的见解，这些观点加强了UVC作为一种未来派OWC技术的地位。导出的分析表达式的正确性已通过蒙特卡洛模拟得到了证实。我们计算系统的相对分集阶数，并通过渐近分析证明其收敛性。接下来，我们获得了端到端瞬时信噪比的概率密度函数的新颖表达。我们使用采用正交幅度调制（QAM）的单子载波强度调制，并得出矩形QAM，交叉QAM和未来派六角形QAM方案的新颖广义解析表达式。我们在考虑不同系统配置的情况下进行了详细的性能研究，并着重强调了一些有趣的见解，这些观点加强了UVC作为一种未来派OWC技术的地位。导出的分析表达式的正确性已通过蒙特卡洛模拟得到了证实。我们计算系统的相对分集阶数，并通过渐近分析证明其收敛性。接下来，我们获得了端到端瞬时信噪比的概率密度函数的新颖表达。我们使用采用正交幅度调制（QAM）的单子载波强度调制，并得出矩形QAM，交叉QAM和未来派六角形QAM方案的新颖广义解析表达式。我们在考虑不同系统配置的情况下进行了详细的性能研究，并着重强调了一些有趣的见解，这些观点加强了UVC作为一种未来派OWC技术的地位。导出的分析表达式的正确性已通过蒙特卡洛模拟得到了证实。我们获得了端到端瞬时信噪比的概率密度函数的新颖表达。我们使用采用正交幅度调制（QAM）的单子载波强度调制，并得出矩形QAM，交叉QAM和未来派六角形QAM方案的新颖广义解析表达式。我们在考虑不同系统配置的情况下进行了详细的性能研究，并着重强调了一些有趣的见解，这些观点加强了UVC作为一种未来派OWC技术的地位。导出的分析表达式的正确性已通过蒙特卡洛模拟得到了证实。我们获得了端到端瞬时信噪比的概率密度函数的新颖表达。我们使用采用正交幅度调制（QAM）的单子载波强度调制，并得出矩形QAM，交叉QAM和未来派六角形QAM方案的新颖广义解析表达式。我们在考虑不同系统配置的情况下进行了详细的性能研究，并着重强调了一些有趣的见解，这些观点加强了UVC作为一种未来派OWC技术的地位。导出的分析表达式的正确性已通过蒙特卡洛模拟得到了证实。我们使用采用正交幅度调制（QAM）的单子载波强度调制，并得出矩形QAM，交叉QAM和未来派六角形QAM方案的新颖广义解析表达式。我们在考虑不同系统配置的情况下进行了详细的性能研究，并着重强调了一些有趣的见解，这些观点加强了UVC作为一种未来派OWC技术的地位。导出的分析表达式的正确性已通过蒙特卡洛模拟得到了证实。我们使用采用正交幅度调制（QAM）的单子载波强度调制，并得出矩形QAM，交叉QAM和未来派六角形QAM方案的新颖广义解析表达式。我们在考虑不同系统配置的情况下进行了详细的性能研究，并着重强调了一些有趣的见解，这些观点加强了UVC作为一种未来派OWC技术的地位。导出的分析表达式的正确性已通过蒙特卡洛模拟得到了证实。