Study of communications channels for optical links through the atmosphere

Les télécommunications optiques en espace libre pour les applications satellites deviennent unealternative aux communications radiofréquences pour les liens feeder (segment Satellite-Gateway) quicommencent à présenter une saturation en termes de bande passante avec une faible capacité desliaisons. Ces liaisons optiques présentent des avantages majeurs notamment une large bande passantedisponible, l’insensibilité aux interférences ou encore l’absence de régulation (pas de coût lié àl’utilisation de telle ou telle bande de longueur d’onde a contrario de la RF). Elles sont envisagées pourles futurs systèmes satellitaires utilisant des satellites en orbites géostationnaires (GEO : GeostaionaryOrbit) ou des orbites terrestres basses (LEO : Low Earth Orbit) afin d’augmenter la capacité desdonnées transmises. L’architecture des terminaux (OGS et satellites) et la modulation optique utiliséesont déterminantes pour la robustesse d’une telle liaison aux effets induits par les couches del’atmosphère. Bien que des expérimentations aient démontré la faisabilité de ce type de solution pourles télécommunications par satellites à des débits de l’ordre du Gb/s, des travaux de recherche sontencore nécessaires pour identifier les solutions techniques adaptées à ce nouveau médium detransmission et développer des émetteurs et récepteurs pouvant supporter des débits allant jusqu’à1Tb/s. Les travaux menés au cours de cette thèse ont pour objectif de développer des architecturesdes liaisons optiques utilisant différents formats de modulation afin de maitriser le comportement desrécepteurs après propagation atmosphérique (lien montant et lien descendant). Après avoir simulé laliaison avec un logiciel dédié à l’optique, un banc expérimental émulant le lien laser atmosphérique aété développé. Dans les deux cas, l’impact des effets atmosphériques a été pris en compte. Latraversée des couches de l’atmosphère présente des variations brusques d’atténuation dues auxturbulences atmosphériques qui agissent directement sur l’indice de réfraction affectant l’amplitudeet la phase du signal optique (on parle aussi des effets de scintillation). Il en résulte potentiellementdes pertes de paquets d’informations. Différents scénarii de perturbations atmosphériques (Faibleturbulences, Beam Wander, Fortes turbulences) ont été appliqués pour simuler numériquementchaque modèle de canal de communication. Le développement du banc ELLA (Emulateur Lien LaserAtmosphérique) a été réalisé pour émuler la trav