Communications sans fil rapides et sécurisées pour un monde connecté

Une communication rapide et globale est essentielle dans notre monde de plus en plus connecté. La Banque mondiale a déclaré que l'accès à l'Internet à haut débit n'est pas un luxe mais un besoin fondamental pour le développement économique et humain.¹ Il ouvre des perspectives en matière d'éducation, d'emploi, d'accès aux soins de santé, de transparence et de responsabilité des pouvoirs publics qui seraient autrement perdues. La communication optique en espace libre (FSO - free space optics)) consiste à utiliser des lasers pour transmettre des données d'un endroit à un autre, que ce soit d'un satellite à une station terrestre de type télescope, d'un satellite à un autre, ou entre différents endroits au sol (Figure 1). Selon Global Market Insights, le marché des FSO devrait connaître une croissance de plus de 35% au cours de chacune des cinq prochaines années, passant ainsi de 200 millions de dollars à 2 milliards de dollars d'ici 2027^.2 Outre l'accès rapide à l'Internet, qui peut atteindre des zones dépourvues de connexions en fibre optique, les FSO permettent d'établir des communications hautement sécurisées, difficiles à intercepter, pour les applications de défense.

Figure 1 : Procédé général de communication optique en espace libre.

Internet haut débit : Une nécessité de base de nos jours

La Banque mondiale estime que 80% de la population des économies avancées disposent d'un accès à l'internet à haut débit, alors que seulement 35% de la population des pays en développement ont un accès à haut débit.¹ Le terme de « large bande » désigne ici un Internet plus rapide que l'accès par ligne commutée. La communication FSO offre le potentiel d'une meilleure communication sans fil aussi bien pour les groupes qui ont déjà un accès à l'internet à large bande, que pour ceux qui n'en ont pas. La communication optique permet d'augmenter la bande passante de 10 à 100 fois par rapport à la communication sans fil par radiofréquence (RF) et nécessite moins de puissance d'entrée.³ Les coûts associés à la mise en place de stations radio au sol pour recevoir les signaux FSO sont également nettement inférieurs à ceux de l'installation de nouvelles connexions en fibre optique, en raison des coûts de main-d'œuvre et de creusement associés. Dans certains cas, il est également moins coûteux d'utiliser la communication FSO d'un endroit du sol à un autre que d'installer des câbles à fibres optiques.

Les réseaux FSO actuellement disponibles dans le commerce offrent des débits de données typiques allant de 100 Mbps à 10 Gbps, tandis que les prototypes haut de gamme font état de capacités allant jusqu'à 160 Gbps.⁴ De nombreuses entreprises mettent actuellement en place des réseaux de satellites qui faciliteront les communications à haut débit par FSO (Figure 2). La communication FSO offre une solution pratique pour créer une connectivité sans fil globale à large bande.⁵

Figure 2 : Des réseaux de satellites ont déjà été déployés pour faciliter la communication optique à haut débit en espace libre vers des récepteurs au sol.

Communication FSO sécurisée pour la défense

La communication FSO est très avantageuse pour les applications de défense en raison de son niveau de sécurité accru par rapport à la communication RF ou à d'autres communications sans fil. Les transmissions laser FSO peuvent être cryptées, sont invisibles ou à bande étroite, ne peuvent pas être déchiffrées à l'aide de RF-mètres ou d'analyseurs de spectre, se propagent le long d'une ligne de visée difficile à intercepter, et un récepteur FSO adapté est nécessaire pour recueillir les informations.⁴ Les récepteurs de communication FSO peuvent également être conçus pour être mobiles et faciles à utiliser, ce qui permet de les déployer facilement sur le terrain pour les applications de défense. Cela facilite les communications rapides, à large bande passante et sécurisées qui peuvent sauver des vies.

Considérations sur les composants optiques utilisés en FSO

Les systèmes optiques conçus pour recevoir les signaux FSO doivent être très sensibles, car l'absorption atmosphérique, la dispersion, les grandes distances entre l'émetteur et le récepteur et la scintillation rendent le rapport entre le signal sortant et le signal entrant très important (Figure 3). La scintillation désigne les variations rapides du signal reçu en raison de la structure de l'atmosphère dans laquelle la lumière se propage.⁶

La précision de pointage et la stabilité des systèmes optiques utilisés pour la communication FSO sont également essentielles. La faible divergence du faisceau inhérente aux communications par laser (environ 10 fois moins que les signaux RF) rend la précision du pointage plus importante pour les FSO que pour les communications RF traditionnelles.⁸ Les exigences en matière de précision de pointage sont généralement de l'ordre de plusieurs centaines de µrad, de sorte que des cardans supplémentaires ou d'autres mécanismes de direction peuvent être nécessaires.⁹ Des tolérances mécaniques étroites dans la conception de l'assemblage optomécanique peuvent contribuer à empêcher le mouvement des éléments internes de la lentille, ce qui améliore la précision du pointage. Le mouvement indésirable des lentilles à l'intérieur de l'assemblage peut être décrit par le basculement, le décentrage et le couplage de ces effets d'un élément à l'autre (Figure 4). Vous trouverez de plus amples informations dans notre note d'application Tips for Designing Manufacturable Lenses and Assemblies. Les algorithmes utilisés dans les systèmes FSO sont également soigneusement adaptés pour mieux localiser et recevoir les signaux faibles et étroits.

Figure 4 : A. Mouvement de basculement d'un élément de lentille. B. Mouvement de basculement couplé. C. Mouvement de décentrement d'un élément de lentille. D. Mouvement de décentrement couplé.