Impact de l'environnement atmosphérique sur les liaisons optiques sans fil pour la ville et l'avion du futur

par Chloé Sauvage

Projet de thèse en Information, communications, électronique

Sous la direction de Didier Erasme, Clélia Robert et de Frédéric Grillot.

Thèses en préparation à l'Institut polytechnique de Paris , dans le cadre de Ecole Doctorale de l'Institut Polytechnique de Paris , en partenariat avec LTCI - Laboratoire de Traitement et Communication de l'Information (laboratoire) et de Télécom Paris (Palaiseau) (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-10-2017 .


  • Résumé

    Les futurs réseaux de communication en espace libre extérieur à très haut débit seront mixtes avec l'emploi de longueurs d'ondes optiques (Free Space Optics ou FSO) et de radiofréquences (RF) afin d'accroître leur déploiement et leur fiabilité tout temps. La complémentarité FSO/RF réside dans la non-simultanéité des phénomènes météo tels que la pluie et le brouillard : les FSO n'étant que peu gênés par la pluie et les RF prenant le relai en cas de brouillard. L'avantage des télécommunications optiques terrestres à longue portée est leur fiabilité, leur déploiement simple et économique entre les toits de bâtiments en ville et sur les aéroports, ou entre des terminaux télécoms aéroportés et le sol, à l'approche des zones urbaines. Si les FSO sont appelées à se répandre, il reste tout de même le problème majeur de leur portée au-delà de quelques km et de leur fiabilité en cas de visibilité imparfaite et de turbulences. Le modèle de propagation en espace libre en zone urbaine est complexe et n'a pas encore été intégralement cerné. Les interactions entre la turbulence, la pollution de l'air et la présence de pluie ou de nuages, pourraient entrainer des coupures de liaisons optiques nécessitant la recherche de parades efficaces au niveau de la conception de la couche physique des systèmes de transmission. Plusieurs solutions ont déjà été inspirées par les techniques développées en RF, comme les communications MIMO (Multiple Input Multiple Output), la diversité coopérative, les nouveaux codages de canal et la transmission adaptative bidirectionnelle. Le sujet de thèse sera centré sur l'impact des effets de l'environnement atmosphérique urbain sur les liaisons optiques sans fil à très haut débit et au-delà de quelques km. Il comprendra la modélisation physique du canal de propagation, celle de la couche physique d'un système de transmission FSO à détection cohérente et une comparaison de la modélisation avec une expérience. L'objectif est premièrement la modélisation du canal de propagation, avec la prise en compte des interactions de la turbulence et des autres phénomènes atmosphériques (pollution, pluie et nuage), à l'aide du logiciel de transfert radiatif MATISSE. L'étudiant(e) évaluera la durée des évanouissements du signal en présence d'opacifications, de scintillation d'origine turbulente, de résidus de pointage et de vibrations mécaniques. L'étudiant(e) modélisera ensuite une architecture de transmission adaptative MIMO bidirectionnelle avec détection cohérente dont un des sens de propagation sert à sonder le canal, et il/elle recherchera le codage de canal optimal. Enfin, à partir du modèle global, il/elle évaluera la distance maximale entre les relais de transmission, et ceci en fonction de la longueur d'onde de la porteuse optique. La dernière partie du travail de thèse confrontera les modélisations avec une expérience sur le terrain. L'étudiant bénéficiera dans son laboratoire d'accueil (DOTA) des travaux de thèse antérieurs dans le domaine des télécoms (codes de simulation et bancs de test), de l'expertise en turbulence atmosphérique construite au cours des années passées, et des collaborations étroites avec des physiciens de l'atmosphère. Les retombées de cette thèse devraient permettre de proposer des concepts de systèmes intégrés MIMO avec détection cohérente, validés expérimentalement, pour les liaisons optiques extérieures sans fil en milieu urbain. Cette thèse se déroulera à l'ONERA au sein de l'unité Haute Résolution Angulaire du DOTA, en partenariat avec des spécialistes des télécoms optiques à Télécom ParisTech.

  • Titre traduit

    Atmospheric impact on free space optical communications for urban and airplane applications


  • Résumé

    Outdoors free space communication networks will include both optical (free space optics FSO) and RF systems depending on the environment, both solution being complementary. Both are not affected in a similar way by eteorology phenomenon. Today's FSO systems are limited to few kilometres and affected by rain and fog. In addition modelling free space urban optical channel is complex. Turbulence and air pollution are critical and must be mitigate. MIMO systems (Multiple inputs, multiple outputs) as well as digital communication technics such as channel coding can help in designing and efficient system. The student will be asked to model the communication channel and propose solution (hardware (laser, wavelength, receiver, divergence, ...) and software (digital communications technics) to optimize the communication architecture.