Wavelength-diverse transmission for turbulence-resistant free-space optical communication
Cet article démontre qu'un système de transmission à diversité de longueur d'onde utilisant deux porteuses de la bande C et la combinaison à rapport maximal peut réduire la probabilité d'interruption de près de 20 fois et réaliser une réduction de 86 % des interruptions dues aux évanouissements pour les liaisons de communication optique en espace libre affectées par la turbulence atmosphérique.
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Imaginez que vous essayiez de crier un secret à travers un stade bondé et venteux. Parfois, une rafale soudaine ou un mouvement de foule crée une « zone morte » où votre voix est engloutie, et la personne de l'autre côté n'entend absolument rien. C'est le combat quotidien de l'envoi de données à travers l'air en utilisant la lumière plutôt que les ondes radio. Si la lumière peut transporter beaucoup plus d'informations que les ondes radio, elle est un peu « diva » ; elle se laisse facilement troubler par l'atmosphère. De minuscules poches d'air chaud et froid, appelées turbulences, agissent comme des lentilles invisibles qui courbent et brouillent la lumière, faisant en sorte que le signal s'atténue ou disparaisse complètement. Les scientifiques appellent cela l'« évanouissement » (fading), et c'est la raison principale pour laquelle les liaisons Internet à haut débit par la lumière dans le ciel ne sont pas encore partout. Pour y remédier, les ingénieurs ont tenté de nombreuses astuces, comme l'utilisation de miroirs géants et oscillants pour redresser la lumière (l'optique adaptative) ou l'envoi du même message à des moments différents. Mais il existe une autre idée ingénieuse : et si vous envoyiez le message sur deux « couleurs » de lumière différentes en même temps ? Si le vent perturbe une couleur, l'autre pourrait rester claire, offrant ainsi au récepteur un plan de secours.
C'est exactement ce qu'une équipe de chercheurs de Ciena Corporation a entrepris de tester. Ils voulaient voir si l'envoi d'un flux de données unique et super rapide sur deux couleurs de lumière (longueurs d'onde) légèrement différentes pouvait sauver la connexion lorsque l'air devient turbulent. Ils ne se sont pas contentés d'une simulation sur ordinateur ; ils ont construit une expérience réelle sur un banc de laboratoire. Ils ont créé une « machine à turbulences » — une plaque rotative qui imite l'air chaotique d'une journée de tempête — et ont projeté un flux de données de 200 Gbps (c'est incroyablement rapide, comme télécharger un film entier en un clin d'œil) à travers celle-ci en utilisant deux couleurs de laser. Les résultats ont été un immense succès. En combinant les signaux des deux couleurs, ils ont constaté que la probabilité que la connexion soit interrompue (une « panne ») devenait près de 20 fois plus faible que si elles n'avaient utilisé qu'une seule couleur. Mieux encore, ils ont découvert que lorsque le signal s'affaiblit fortement, les deux couleurs ne s'estompent pas toujours ensemble ; parfois, l'une est en difficulté tandis que l'autre est encore forte. En utilisant une astuce numérique intelligente appelée « combinaison à rapport maximal » (maximal ratio combining) pour accorder plus de poids au signal le plus fort, ils ont réussi à réduire le taux de défaillance de 86 % supplémentaire. Cela prouve que l'utilisation d'un peu de diversité de couleurs est un moyen pratique et puissant de rendre la communication optique en espace libre beaucoup plus fiable, ouvrant la voie à des connexions plus rapides et plus robustes pour les satellites et les villes comme pour les autres.
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