تقييم أداء نظام لنقل الصور المشفرة عبر الألياف الضوئية باستخدام OptiSystem تحت ظروف قناة مختلفة

الملخص

تقدم هذه الورقة تصميمًا، ومحاكاة، وتحليلًا لأداء وصلة اتصال ضوئية من طرف إلى طرف لنقل صورة رمادية مشفّرة. تم استخدام خوارزمية التشفير المتقدم (AES) في بيئة MATLAB لتحويل صورة بحجم 256 × 256 إلى تسلسل ثنائي، ثم تم حقنه في برنامج OPTISYSTEM من أجل إجراء التعديل البصري ونقل الإشارة عبر الألياف الضوئية. تم اختبار ثلاث أطوال موجية تشغيلية — 810 نانومتر، 1550 نانومتر، و1625 نانومتر — عبر مسافات 50كم، 80كم، 100كم، و150كم، وذلك تحت ظروف مختلفة من التوهين والتشتت. كما تم النظر في استخدام كل من المضخم البصري التقليدي (OA) والمضخم المعتمد على الإربيوم (EDFA). يتم تقييم أداء النظام من خلال مقاييس مختلفة في المجال الكهربائي، مثل معامل Q ومعدل خطأ البت (BER)، إلى جانب مؤشرات جودة الصورة مثل نسبة الإشارة إلى الضوضاء القصوى (PSNR)، ومؤشر التشابه الهيكلي (SSIM)، ومتوسط الخطأ التربيعي (MSE)، ومتوسط مربع الخطأ (MSE). وقد أظهرت النتائج أن النطاق 1550 نانومتر يحقق استعادة خالية من الأخطاء (BER ≈ ‎10⁻¹⁷⁶‎، PSNR = 54 ديسيبل، SSIM = 1.0) في ظل معلمات واقعية للألياف أحادية النمط (Α = 0.2 ديسيبل/كم، D = 16 بيكوثانية/نانومتر/كم). بالمقابل، فإن التوهين العالي (Α = 2.5 ديسيبل/كم) والتشتت (D = 10 بيكوثانية/نانومتر/كم) يؤديان إلى تدهور كبير في الأداء، وخصوصًا عند الطول الموجي 810نانومتر. تسلّط الدراسة الضوء على أهمية اختيار الطول الموجي المناسب وإدارة التشتت لضمان تسليم آمن للصور، كما توفر منهجية قابلة للتكرار تعتمد على الدمج بين MATLAB وOPTISYSTEM. البحث المستقبلي يمكن أن يوسع هذا العمل من خلال استكشاف تقنيات التعويض التكيفي للتشتت، و تصحيح الخطأ الأمامي (FEC) ، و أنظمة التضمين المتقدمة