Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
Cet article donne une revue des systèmes de télécommunications optiques spatiales. Ces systèmes sont envisagés pour certaines applications spatiales comme le transfert de données massif ou encore internet par satellite. L’article décrit les principaux sous-systèmes composant le lien optique, notamment la chaîne de communication, mais aussi la tête optique dont il explique le calcul du gain. La méthodologie pour clore le bilan de liaison pour les liens à faible dynamique est introduite. L’article mentionne ensuite les liens à haute dynamique, principalement due à la turbulence atmosphérique, et les moyens de s’en accommoder. La mise en place d’un lien optique est présentée. Pour finir, l’article discute de la capacité et de la disponibilité de ces systèmes.
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This article reviews optical space communication systems. These systems are being considered for space applications such as massive data transfer and Internet via satellite. The article describes the optical link main sub-systems, in particular the communication chain, but also the optical head, for which it explains how the gain is calculated. It then introduces the methodology to close the link budget for low-dynamic links. It then mentions high dynamics links, mainly due to atmospheric turbulence, and how to deal with it. The setting up of an optical link is presented. Finally, the article discusses the capacity and availability of these systems.
Auteur(s)
-
David PARRAIN : Architecte système télécommunication optique - Airbus Defence & Space, Toulouse, France
INTRODUCTION
Dans un monde de plus en plus connecté, les exigences en matière de communication ont augmenté de manière exponentielle. La domination des communications optiques dans le domaine terrestre ces dernières décennies s’explique par leurs capacités élevées de transmission de données sur de longues distances. Leur adoption croissante dans le domaine spatial a été motivée par la nécessité conjointe d’accroître les débits tout en réduisant la taille et le coût des systèmes. Les communications optiques spatiales montrent déjà toute leur efficacité sur les liens inter-satellites, notamment grâce à l’avènement des constellations en orbite basse (Space Development Agency (SDA), Starlink) et pour le rapatriement de données en passant par un satellite géosynchrone (European Data Relay Satellite System, EDRS). Les efforts de développements se concentrent maintenant sur l’augmentation des débits et sur la réalisation de liens traversant l’atmosphère, qui ajoute un niveau de complexité supplémentaire.
Les systèmes de télécommunications optiques spatiales possèdent, hormis la promesse de très hauts débits, quelques avantages supplémentaires par rapport aux systèmes radiofréquences (RF) :
-
il n’existe pas de réglementation sur l’utilisation de ces fréquences. Elles sont en effet tellement grandes
et les faisceaux tellement étroits
que le risque d’interférence avec un autre système est négligeable ;
-
leur discrétion les rend difficiles à espionner et à brouiller, ce qui suscite un vif intérêt pour les forces armées ;
-
leur compacité est plus importante par rapport aux systèmes radiofréquences (à débit équivalent) ;
-
ils réduisent les problématiques de compatibilité électromagnétique au niveau des engins spatiaux.
En revanche, ces systèmes souffrent encore de quelques points durs :
-
la spatialisation des composants terrestres n’est pas toujours aisée du fait des électroniques avancées utilisées ;
-
ils ne fonctionnent quasi exclusivement qu’en lien point-à-point ;
-
ils sont extrêmement sensibles à la couverture nuageuse, ce qui crée un impact fort sur la disponibilité pour certains types de liens ;
-
ils sont plus complexes lorsque la traversée de l’atmosphère turbulente rentre en compte.
Dans cet article, nous explorons en profondeur les principes fondamentaux des communications optiques spatiales, leurs avantages et leurs défis, ainsi que les applications qui émergent grâce à cette technologie. Nous discutons des différents types de liens optiques, des chaînes de communication, des terminaux lasers, des bilans de liaison à faible et haute dynamique. Puis, nous parlons des concepts de capacité et disponibilité.
Le lecteur trouvera en fin d’article un glossaire des termes utilisés.
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MOTS-CLÉS
spatial télécommunication optique lien optique terminal optique en espace libre satellite chaîne de communication tête optique haute capacité
KEYWORDS
spatial | optical telecommunication | optical link | terminal | free space optics | satellite | communication chain | optical head | high capacity
VERSIONS
- Version archivée 1 de juin 1987 par Patrick LESNE
- Version archivée 2 de févr. 2001 par Georges OTRIO
DOI (Digital Object Identifier)
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Chaîne de communication
En anglais
2. Système : lien optique de communication en espace libre
2.1 Description du système
Un lien optique de communication en espace libre (free space optics (FSO)) est un système permettant de transporter de l’information sur une certaine distance en se servant du support d’une porteuse optique dans l’air ou le vide (non guidé). Il nécessite l’utilisation de deux terminaux, l’un émetteur (souvent appelé Tx) et l’autre récepteur (souvent appelé Rx). Il peut être monodirectionnel (simplex) (figure 2a) ou bidirectionnel (duplex) (figure 2b). Dans ce dernier cas, chaque terminal est à la fois émetteur et récepteur. Un lien duplex peut être full-duplex lorsqu’il transporte de l’information simultanément dans les deux sens ou half-duplex lorsqu’il alterne les sens de propagation. Au-delà des deux terminaux optiques, le système est aussi généralement composé d’une entité servant à gérer le lien, avec comme fonction principale l’établissement et le maintien du lien physique, ainsi que l’établissement et le maintien du lien de télécommunication. En effet, à la différence des liens filaires (ex : fibre optique) qui n’évoluent pas ou peu dans le temps, les liens optiques en espace libre nécessitent une gestion en temps réel pour garantir la bonne tenue du lien. L’entité de gestion va par exemple indiquer à chaque terminal quand établir le lien et fournir à chacun des terminaux la position de son partenaire pour leur permettre de pointer dans la bonne direction. L’entité de gestion du lien communique avec le grand système sur le statut du lien et la santé des différents équipements qui le composent. Elle reçoit aussi de la part du grand système les ordres de planification de futurs liens à gérer. Dans le cas particulier des liens sol-satellite, certains systèmes requérant une forte disponibilité doivent inclure de la diversité géographique au niveau du sol pour pallier le blocage nuageux. L’entité de gestion du lien doit alors permettre la transition d’un terminal sol à l’autre, en évitant au maximum la coupure du lien.
Un terminal émetteur (Tx) a pour fonction principale de moduler la porteuse optique (une onde laser dans la très grande majorité des cas) avec l’information à transmettre, et d’émettre ce signal vers le terminal de réception (Rx), en...
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Système : lien optique de communication en espace libre
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - PLANCHE (G.), CHORVALLI (V.) - SILEX in-orbit performances. - In International Conference on Space Optics – ICSO 2004, In SPIE – SPIE, vol. 10568, p. 668-676 (2018).
-
(2) - CAZAUBIEL (V.), PLANCHE (G.), CHORVALLI (V.), LE HORS (L.), ROY (B.), GIRAUD (E.), VAILLON (L.) et al - LOLA : A 40 000 km optical link between an aircraft and a geostationary satellite. - In Sixth International Conference on Space Optics, Proceedings of ESA/CNES ICSO 2006, held 27-30 June 2006 at ESTEC, Noordwijk, The Netherlands. Edited by A. Wilson. ESA SP-621. European Space Agency, 2006. Published on CDROM, id. 87, vol. 621 (2006).
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(3) - ZECH (H.), HEINE (F.), TRÖNDLE (D.), SEEL (S.), MOTZIGEMBA (M.), MEYER (R.), PHILIPP-MAY (S.) - LCT for EDRS : LEO to GEO optical communications at 1, 8 Gbps between Alphasat and Sentinel 1a. - In Unmanned/Unattended Sensors and Sensor Networks XI ; and Advanced Free-Space Optical Communication Techniques and Applications, In SPIE – SPIE, vol. 9647, p. 85-92 (2015).
-
(4) - LOCHARD (J.), DE GUEMBECKER (N.), CHÉOUX-DAMAS (P.), CALMET (X.), GIRAUD (E.), JULLIEN (A.), GHEZAL (M.) et al - LASIN optical link on-board CO3D constellation. - In International Conference on Space Optics – ICSO 2022, In SPIE – SPIE, vol. 12777, p. 375-383 (2023).
- ...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Space Development Agency (2023). Optical Communications Terminal (OCT) Standard Version 3.1.0. United States Space Force.
https://www.sda.mil/wp-content/uploads/2023/06/SDA_OCT_Standard-3.1.0_Signed_Web_Version.pdf
The Consultative Commitee for Space Data Systems (CCSDS) (2019). Optical communications physical layer recommended standard ‘CCSDS 141.0-B-1’. National Aeronautics and Space Administration.
https://public.ccsds.org/Pubs/141x0b1.pdf
HAUT DE PAGE2.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)
Terminal optique spatial
TESAT
Terminal optique spatial
Mynaric
Station optique sol
Airbus Defence & Space Netherlands
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