Contribution ltude des Liaisons Optiques Atmosphriques propagation disponibilit

Contribution à l’étude des Liaisons Optiques Atmosphériques : propagation, disponibilité et fiabilité Al Naboulsi Maher FT R&D RESA/NET BELFORT 1 Equipe Optique de Champ Proche LPUB UMR CNRS 5027

Plan de l’exposé 1. Introduction Ø 2. Définition, intérêt et problématique des Liaisons Optiques Atmosphériques (LOA), Propagation de la lumière dans l’atmosphère Ø Ø Description physique (absorption, diffusion…), Prédiction de l’atténuation de la lumière : Approche empirique (modèle de Kruse, modèle de Kim), Approche théorique (diffusion de Mie et codes de calcul " Fascode"). 3. Atténuation de la lumière par le brouillard Ø Variation de l’atténuation en fonction de la longueur d'onde, Ø Formules de transmission rapides à travers le brouillard (0, 69 à 1, 55 µm), Ø Comparaison du modèle de Fascode avec des conditions réelles de brouillard. 4. Étude expérimentale de la transmission optique à travers le brouillard Ø Ø Dispositif expérimental déployé, Mesures et comparaison de l’atténuation avec les différents modèles analytiques. 5. Calcul de disponibilité d’une LOA Ø Logiciel permettant de prédire la qualité de service (Qo. S) d’une LOA 6. Conclusion et perspectives 2

Plan de l’exposé 1. Introduction Ø 2. Définition, intérêt et problématique des Liaisons Optiques Atmosphériques (LOA), Propagation de la lumière dans l’atmosphère Ø Ø Description physique (absorption, diffusion…), Prédiction de l’atténuation de la lumière : Approche empirique (modèle de Kruse, modèle de Kim), Approche théorique (diffusion de Mie et codes de calcul " Fascode"). 3. Atténuation de la lumière par le brouillard Ø Variation de l’atténuation en fonction de la longueur d'onde, Ø Formules de transmission rapides à travers le brouillard (0, 69 à 1, 55 µm), Ø Comparaison du modèle de Fascode avec des conditions réelles de brouillard. 4. Étude expérimentale de la transmission optique à travers le brouillard Ø Ø Dispositif expérimental déployé, Mesures et comparaison de l’atténuation avec les différents modèles analytiques. 5. Calcul de disponibilité d’une LOA Ø Logiciel permettant de prédire la qualité de service (Qo. S) d’une LOA 6. Conclusion et perspectives 3

Définition et intérêt des LOA (1/2) Les liaisons optiques atmosphériques (LOA) utilisent en atmosphère libre la modulation d'un faisceau laser pour échanger des informations binaires "full duplex" Intérêt des (LOA) dans le domaine de l'ingénierie et le domaine des télécommunications. è Le regain d'intérêt pour cette technique vise plusieurs marchés : Ø la connexion Internet à haut débit pour le dernier "mile" de la boucle locale Ø les liaisons temporaires à haut débit, Ø le "backhaul" de la téléphonie mobile (3 G), Ø impossibilité d'utilisation de la fibre optique. 4

Définition et intérêt des LOA (2/2) Avantages des systèmes LOA : Ø Absence d'interférence, Ø Absence de licence, Ø Facilité d'installation, Ø Déploiement à travers les vitres (ou à partir des toits d'immeubles), Ø Pas de génie civil, pas de permis, Ø Débit d'une fibre optique, voire meilleur, Ø Equipement récupérable, réutilisable Ø Coût d’installation d’une LOA < liaison fibrée. 5

Problématique et paramètres d'une LOA (1/3) Les défis et les facteurs environnementaux : Atténuation par les fenêtres Brouillard Affaiblissement géométrique Lumière du soleil q Alignement Scintillation Obstructions Distance Nuages bas 6 Chacun de ces facteurs peut provoquer une atténuation du signal

Problématique et paramètres d'une LOA (2/3) Le rôle de la longueur d'onde : Les caractéristiques des LOA découlent de l’absorption et de la transmission de la lumière par l’atmosphère terrestre. L'atmosphère affecte tous les systèmes de télécommunication sans fil. Conditions météorologiques locales Disponibilité et fiabilité des LOA Le choix de l la minimisation des effets atmosphériques sur la transmission en espace libre, 7

Problématique et paramètres d'une LOA (3/3) Le rôle de la longueur d'onde : Pour les LOA, le choix de la longueur d'onde reste un sujet de discussion èLes équipements LOA existants fonctionnent dans le visible à 0, 69 µm et IR à 0, 78, 0, 85, 1, 55 µm, longueurs d'onde situées dans des fenêtres de transmission atmosphérique (absorption moléculaire négligeable). Dans le cadre de cette étude nous limiterons à l’étude de l'effet du brouillard sur les équipements LOA en fonction de la longueur d’onde. Ceci constitue la base de l’étude que nous avons mené au sein de FTR&D Belfort et de l’Université de DIJON (Équipe d’optique de champ proche). 8

Plan de l’exposé 1. Introduction Ø 2. Définition, intérêt et problématique des Liaisons Optiques Atmosphériques (LOA), Propagation de la lumière dans l’atmosphère Ø Ø Description physique (absorption, diffusion…), Prédiction de l’atténuation de la lumière : Approche empirique (modèle de Kruse, modèle de Kim), Approche théorique (diffusion de Mie et codes de calcul " Fascode"). 3. Atténuation de la lumière par le brouillard Ø Variation de l’atténuation en fonction de la longueur d'onde, Ø Formules de transmission rapides à travers le brouillard (0, 69 à 1, 55 µm), Ø Comparaison du modèle de Fascode avec des conditions naturelles de brouillard. 4. Étude expérimentale de la transmission optique à travers le brouillard Ø Ø Dispositif expérimental déployé, Mesures et comparaison de l’atténuation avec les différents modèles analytiques. 5. Calcul de disponibilité d’une LOA Ø Logiciel permettant de prédire la qualité de service (Qo. S) d’une LOA 6. Conclusion et perspectives 9

Propagation de la lumière dans l'atmosphère (1/3) Atténuation atmosphérique : èL’atmosphère affecte la lumière par absorption et diffusion (extinction), èL'extinction une diminution de la puissance transmise, èLa puissance reçue à une distance L de l'émetteur est reliée à la puissance émise par la loi de BEER-LAMBERT : t (l, L) est la transmittance totale de l'atmosphère à λ, P(l, 0), P(l, L) ; puissance émise et puissance reçue du signal, g (l) est l'atténuation ou coefficient d'extinction total par unité de longueur. lam, aa désignent les coefficients d'absorption moléculaire et aérosolaire, lbm, ba désignent les coefficients de diffusion moléculaire et aérosolaire. 10

Prédiction de l’atténuation Approche empirique (1/2) Coefficient d'extinction pour les ondes optiques (0, 4 à 2, 5 µm) (modèles de Kruse et de Kim) èV (km) est la distance pour laquelle le contraste optique de l'image d'un objet diminue à 2% de ce qu'il devrait être s'il était proche de nous, èV (km) est mesurée à 550 nm, l qui correspond au maximum de l'intensité du spectre solaire, èV est donnée par la relation de Koschmieder : èVisibilité caractérise l'opacité et la transparence de l'atmosphère. 11

Prédiction de l’atténuation Approche empirique (2/2) Atténuation par le brouillard : èQuand la visibilité V ≤ 1 km et l'humidité relative Hr ~ 100% brouillard, èLe coefficient q a fait l'objet de nombreux travaux expérimentaux. Il dépend de la distribution de la taille des particules diffusantes : KRUSE & al KIM & al Atténuation quand la longueur d'onde Atténuation indépendante de l pour V<0. 5 km Atténuation quand l pour autres visibilités Relations largement utilisées dans la littérature dans le but de déterminer le bilan des LOA. 12

Prédiction de l’atténuation Approche théorique (1/5) Atténuation par le brouillard : èLes particules présentes dans l'atmosphère sont considérées: ØSphériques, isotropes et homogènes, ØAgissant indépendamment. èLa théorie de Mie les coefficients d‘absorption et de diffusion aérosolaire (par unité de longueur) : l n' et n” la partie réelle et la partie imaginaire de l'indice de réfraction de l'aérosol, l l est la longueur d'onde incidente, l r est le rayon de la particule, l Qa et Qd les sections efficaces d'absorption et de diffusion de Mie normalisées, l n(r) est la distribution de taille de particules. 13

Prédiction de l’atténuation Approche théorique (3/5) Atténuation par le brouillard : è Le coefficient d'extinction aérosolaire (absorption + diffusion) par unité de longueur est donné par : ln est l'indice de réfraction complexe de l'aérosol, l. Qe est la section efficace d'extinction de Mie normalisée (facteur d'efficacité) : Ce coefficient permet la prédiction de l'effet du brouillard sur la transmission des ondes électromagnétiques. 14

Prédiction de l’atténuation Approche théorique (4/5) èBrouillard accumulation de gouttelettes en une distribution particulière de taille de particules, èDistribution de taille de particules représentée généralement par des fonctions analytiques ; distribution log normale (aérosols) et distribution gamma modifiée (brouillard) : la, a et b : paramètres caractérisant la distribution de taille des particules, ln(r) : nombre de particules de rayon r par unité de volume. èLes codes de calcul de transmission atmosphérique; Fascode (Hitran), Lowtran et Modtran permettent de prédire la transmission atmosphérique, èPrise en compte de 2 distributions largement rencontrées dans la nature : l. Brouillard d'advection, l. Brouillard de convection (radiation). 15

Prédiction de l’atténuation Approche théorique (5/5) Une large gamme de distribution de taille de particules de brouillard existe dans la nature, èFascode utilise 2 modèles qui représentent une large gamme de distributions de taille de particules mesurées. La distribution de taille de particules, l’indice de réfraction de l’eau et la section efficace d’extinction prédiction de l’effet du brouillard sur la transmission. 16

Plan de l’exposé 1. Introduction Ø 2. Définition, intérêt et problématique des Liaisons Optiques Atmosphériques (LOA), Propagation de la lumière dans l’atmosphère Ø Ø Description physique (absorption, diffusion…), Prédiction de l’atténuation de la lumière : Approche empirique (modèle de Kruse, modèle de Kim), Approche théorique (diffusion de Mie et codes de calcul " Fascode"). 3. Atténuation de la lumière par brouillard Ø Variation de l’atténuation en fonction de la longueur d'onde, Ø Formules de transmission rapides à travers le brouillard (0, 69 à 1, 55 µm), Ø Comparaison du modèle de Fascode avec des conditions naturelles de brouillard. 4. Étude expérimentale de la transmission optique à travers le brouillard Ø Ø Dispositif expérimental déployé, Mesures et comparaison de l’atténuation avec les différents modèles analytiques. 5. Calcul de disponibilité d’une LOA Ø Logiciel permettant de prédire la qualité de service (Qo. S) d’une LOA 6. Conclusion et perspectives 17

Atténuation due au brouillard (1/9) Variation de l'atténuation en fonction de la longueur d'onde : èFascode les coefficients d'extinction (km-1) pour un brouillard d'advection et de convection. Minimum d' atténuation à 11, 5 µm Minimum d'atténuation à 10, 6 µm Entre 0, 4 et 2, 5 µm, au contraire des valeurs d'atténuations calculées à partir de l'approche empirique, l'atténuation quand l 18

Atténuation due au brouillard (2/9) Pour 2 types de brouillard (convection et d'advection), la différence d'atténuation entre 1550 nm et 780 nm est évaluée à partir : ØFascode, Ømodèle empirique de Kruse, Ømodèle empirique de Kim. (advection) (convection) A l'inverse de l'approche empirique les valeurs fournies par Fascode impliquent plus d'atténuation à 1550 nm. 19

Atténuation due au brouillard (5/9) Formules de transmission atmosphérique rapides : L’utilisation des codes de calcul de transmission atmosphérique est assez lourde èDétermination d’une formule de transmission analytique la prédiction des performances des LOA de façon plus pratique. è[BATAILLE 1992] approche polynomiale à partir de Fascode (valable au sol) pour calculer l’atténuation moléculaire et aérosolaire (maritime et rural) pour 6 l. èHypothèses considérées : ØHumidité absolue : 2 < H(g/m 3) < 26 ØTempérature : -5 < T(°c) < 35 ØVisibilité : 1< V(km) < 30 Problèmes : èModèle valide pour certaines l et 2 types d'aérosols (rural et maritime), èExtrapolation du modèle pour V < 1 km (brouillard) pose beaucoup de problèmes. 20

Atténuation due au brouillard (6/9) Besoin de formules simples permettant l’évaluation rapide de l'atténuation de la lumière à travers le brouillard èAfin de prédire l'atténuation d'une manière simple (0, 69 à 1, 55 µm) sans avoir recours au code de calcul, nous fixons l et nous calculons l'atténuation à partir de Fascode pour différentes valeurs de V. èPar une régression linéaire nous cherchons à approximer ces valeurs par une expression analytique de la forme suivante : èa(l) et b(l) sont des paramètres qui dépendent de l. èExtension de la loi de Koschmieder valable à 550 nm pour d'autres l, èRelie l'atténuation et V ; atténuation inversement proportionnelle à V, 21

Atténuation due au brouillard (7/9) Formules de transmission atmosphérique rapides : Evaluation rapide de l'atténuation d'un rayonnement laser à travers le brouillard dans la bande spectrale 0, 69 à 1, 55 µm èL'atténuation d'un rayonnement laser est exprimée en fonction : è Visibilité (50 à 1000 m), è Type de brouillard; brouillard d'advection ou de convection ; (disponibles sous Fascode ) : Formules implémentées dans un logiciel développé à FT R&D Belfort et permettant de prédire la qualité de service d'une LOA 22

Atténuation due au brouillard (8/9) Formules de transmission atmosphérique rapides : Evaluation rapide de l'atténuation d'un rayonnement laser à travers le brouillard dans la bande spectrale 0, 69 à 1, 55 µm ― Courbes déduites de notre modèle, Valeurs déduites de Fascode 23

Atténuation due au brouillard (9/9) Formules de transmission atmosphérique rapides : Limites de validité du modèle d’atténuation établi èLes modèles de brouillard de Fascode sont basés uniquement sur 2 distributions de taille de particules. èEst-ce que les distributions de taille de particules utilisées par Fascode décrivent bien l’ensemble des cas réalistes ? èPour d’autres distributions nous calculons directement l’atténuation à partir de la théorie de diffusion de Mie. èNous disposons de distributions de taille de particules déterminées à partir des mesures [Kalashnikova et al 2002] : ØPour 3 lieux différents aux Etats Unis : Vanderberg, Arcata et Santa Maria. 24

Analyse de résultats obtenus sur 3 sites Modélisation de l'atténuation à partir de différentes distributions de taille de particules mesurées disponibles : Distributions de taille de particules mesurées sur 3 sites différents aux EU induisant des V=100 m 25 Coefficients d’extinction (km-1) pour les 3 distributions.

Comparaison avec Fascode Comparaison du coefficient d'extinction en fonction de l entre les modèles de Fascode et les données à Vandenberg pour une visibilités de 100 m. è Pour une large gamme de l : Ø La variation de l'atténuation est comprise entre les deux modèles de Fascode notamment pour le visible et le proche IR. 26

Comparaison avec Fascode Dépendance spectrale de l’atténuation pour différents types de brouillard. Les coefficients d’extinction calculés à partir de Fascode et de 3 distributions de taille de particules montrent : è L'atténuation dépend de l même en présence de brouillard dense (v=100 m). Ø Pour les ondes visibles et proche IR atténuation quand l Ø Les l situées entre 10, 6 et 11, 5 µm présentent un minimum d’atténuation (un avantage pour les transmissions dans le brouillard), 27

Plan de l’exposé 1. Introduction Ø 2. Définition, intérêt et problématique des Liaisons Optiques Atmosphériques (LOA), Propagation de la lumière dans l’atmosphère Ø Ø Description physique (absorption, diffusion…), Prédiction de l’atténuation de la lumière : Approche empirique (modèle de Kruse, modèle de Kim), Approche théorique (diffusion de Mie et codes de calcul " Fascode"). 3. Atténuation de la lumière par le brouillard Ø Variation de l’atténuation en fonction de la longueur d'onde, Ø Formules de transmission rapides à travers le brouillard (0, 69 à 1, 55 µm), Ø Comparaison du modèle de Fascode avec des conditions naturelles de brouillard. 4. Étude expérimentale de la transmission optique à travers le brouillard Ø Ø Dispositif expérimental déployé, Mesures et comparaison de l’atténuation avec les différents modèles analytiques. 5. Calcul de disponibilité d’une LOA Ø Logiciel permettant de prédire la qualité de service (Qo. S) d’une LOA 6. Conclusion et perspectives 28

Objectifs et dispositifs Mesure de l’atténuation Objectifs : è Etude des effets limitatifs de l’atmosphère sur les LOA, è Validation et comparaison des modèles d‘atténuation, è Comparaison de l'atténuation mesurée à plusieurs l. on dispose sur le site FT R&D de La Turbie du dispositif expérimental suivant : Pluie Neige Brume Emission 1550 nm Réception 690 nm Poussières Brouillard 27 m Station Météo 29 Emission 690 nm Nuages Transmissomètre L=112 m Réception 1550 nm

Mesure de l’atténuation Description du site Vue générale de l’installation expérimentale montrant le matériel utilisé Emission 1550 nm, réception 690 nm et émetteur du transmissomètre 30 Emission 690 nm, réception 1550 nm station météo et récepteur du transmissomètre

Mesure de l’atténuation Description du site Le site de La Turbie est implanté au sommet d'un promontoire rocheux au dessus de Monaco en face de la Méditerranée. èBrouillard maritime typique des régions côtières, èOpportunité d'effectuer les mesures d'atténuation en présence de brouillard sur une grande période de l'année (jusqu'à 30 jours de brouillard par an). Détermination expérimentale de l’atténuation à 690 et 1550 nm en fonction de la visibilité mesurée par le transmissomètre 31

Mesure de l’atténuation Premiers résultats Exemple des données expérimentales fournies par le transmissomètre et les liens lasers Transmissomètre Lien laser 690 nm Visibilité < 1 km Présence de brouillard 32 Sensibilité du système (690 nm) pour ces deux phénomènes de brouillard

Mesure de l’atténuation Premiers résultats Exemple des données expérimentales fournies par le transmissomètre et les liens lasers Transmissomètre Lien laser 1550 nm Visibilité < 1 km Présence de brouillard pour une bonne période de la journée 33 Sensibilité du système (1550 nm) pour ces deux phénomènes de brouillard

Mesure de l’atténuation Premiers résultats Comparaison de l'atténuation mesurée (690 et 1550 nm) et calculée (modèle de Kruse) en fonction de la visibilité. Atténuation du signal transmis à 690 nm Atténuation du signal transmis à 1550 nm Le manque de dynamique du système ne permet pas la détermination de l’atténuation. 34

Mesure de l’atténuation Premiers résultats Les deux liens laser manquent de sensibilité afin de pouvoir quantifier l’atténuation en fonction de la visibilité. èUn amplificateur limitatif est utilisé : Ø Le signal de référence est toujours sous évalué, Ø Pour 50 m ≤ V ≤ 1000 m ; une dynamique de 38 d. B est nécessaire (le système ayant uniquement 16 d. B), èDispersion des mesures due a : ØL’inhomogénéité du canal de transmission, ØUne différence entre le canal du transmissomètre et celui des lasers. Nous avons utilisé des liens laser sur des distances plus faibles sans amplificateur limitatif et dans des canaux de transmission proche de celui du transmissomètre 35

Nouveau matériel Mesure de l’atténuation Dans le cadre du Cost 270 et en collaboration avec l’Université de Graz : Departement of communications and wave propagation èDeux liaisons LOA sont déployées : Ø La première opère à 850 et 950 nm, Ø La seconde opère à 650 nm. 112 m Container Liaison Al. Com 690 et 1550 nm (première expérimentation) Arbres Transmissomètre, 27 m 850 nm, 950 nm deuxième expérimentation, 28, 3 m (Antenne) 36 650 nm deuxième expérimentation, 28, 3 m

Mesure de l’atténuation Seconde configuration Configuration du second déploiement des liaisons laser Vue des émetteurs (650, 850 et 950 nm) Vue des détecteurs et du transmissomètre Distance des liaisons plus courte et même canal pour le transmissomètre et les liaisons laser 37

Mesure de l’atténuation Seconde configuration Image des faisceaux lumineux du transmissomètre (vert) et du laser à 650 nm (rouge) prise de nuit en présence de brouillard 38

Mesure de l’atténuation Seconds résultats Variation de la visibilité au cours de la journée du 28/06/04 ainsi que celle de la puissance optique reçue à 650 nm Visibilité < 1 km Présence de brouillard pour une bonne période de la journée 39 Une meilleur dynamique des mesures de transmission

Mesure de l’atténuation Seconds résultats Variation de la visibilité au cours de la journée du 28/06/04 ainsi que celle de la puissance optique reçue à 850 nm Visibilité < 1 km Présence de brouillard pour une bonne période de la journée 40 Une meilleur dynamique des mesures de transmission

Mesure de l’atténuation Seconds résultats Variation de la visibilité au cours de la journée du 28/06/04 ainsi que celle de la puissance optique reçue à 950 nm Visibilité < 1 km Présence de brouillard pour une bonne période de la journée 41 Une meilleur dynamique des mesures de transmission

Mesure de l’atténuation Modèles d’atténuation Comparaison de l’atténuation expérimentale mesurée (d. B) à 950 nm avec les modèles d’atténuation de Kruse et de Kim 42

Mesure de l’atténuation Modèles d’atténuation Comparaison de l’atténuation expérimentale mesurée (d. B) à 950 nm avec les modèles d’atténuation de Kruse et de Kim Modèle de Kim décrit mieux les résultats expérimentaux par rapport au modèle de Kruse 43

Mesure de l’atténuation Effet du brouillard Comparaison de l’atténuation spécifique expérimentale (d. B/km) à 950 nm avec le modèle de Kruse, Kim et le modèle établi pour le brouillard d’advection et brouillard de convection. 44

Mesure de l’atténuation Effet du brouillard Comparaison de l’atténuation spécifique expérimentale (d. B/km) à 950 nm avec le modèle de Kruse, Kim et le modèle établi pour le brouillard d’advection et brouillard de convection. 45

Mesure de l’atténuation Effet du brouillard Comparaison de l’atténuation spécifique expérimentale (d. B/km) à 950 nm avec le modèle de Kruse, Kim et le modèle établi pour le brouillard d’advection et brouillard de convection. 46

Mesure de l’atténuation Effet du brouillard Comparaison de l’atténuation spécifique expérimentale (d. B/km) à 950 nm avec le modèle de Kruse, Kim et le modèle établi pour le brouillard d’advection et brouillard de convection. 47 Le modèle établi à partir de Fascode décrit mieux l’atténuation en présence de brouillard

Effet du brouillard Mesure de l’atténuation Comparaison de l’atténuation spécifique expérimentale (d. B/km) avec le modèle de Kruse, Kim, brouillard d’advection et brouillard de convection. èCalcul de l’écart type entre l’atténuation mesurée et celle de chaque modèle pour 650, 850 et 950 nm : Modèle de Kruse Modèle de Kim Modèle d’advection Modèle de Convection Ecart type moyen (650 nm) 21, 05 19, 07 19, 05 19, 00 Ecart type moyen (850 nm) 31, 70 21, 60 20, 91 19, 23 Ecart type moyen (950 nm) 25, 16 16, 60 16, 01 15, 12 Ø Modèle de brouillard de convection décrit mieux les mesures aux 3 l étudiées, Ø Résultats validés par toutes les séries de mesures menées dans le cadre de la mission scientifique du COST 270, 48

Mesure de l’atténuation Effet du brouillard Comparaison de l’atténuation spécifique expérimentale (d. B/km) avec le modèle de Kruse, Kim, brouillard d’advection et brouillard de convection. è Dépendance spectrale de l’atténuation due au brouillard ? ØNon vérification directe de la dépendance spectrale. è Le modèle de convection que nous avons établi est celui qui est le plus proche des résultats expérimentaux, il dépend de l : ØPeut on en déduire une dépendance spectrale de l’atténuation due au brouillard ? 49

Plan de l’exposé 1. Introduction Ø 2. Définition, intérêt et problématique des Liaisons Optiques Atmosphériques (LOA), Propagation de la lumière dans l’atmosphère Ø Ø Description physique (absorption, diffusion…), Prédiction de l’atténuation de la lumière : Approche empirique (modèle de Kruse, modèle de Kim), Approche théorique (diffusion de Mie et codes de calcul " Fascode"). 3. Atténuation de la lumière par le brouillard Ø Variation de l’atténuation en fonction de la longueur d'onde, Ø Formules de transmission rapides à travers le brouillard (0. 69 à 1, 55 µm), Ø Comparaison du modèle de Fascode avec des conditions naturelles de brouillard. 4. Étude expérimentale de la transmission optique à travers le brouillard Ø Ø Dispositif expérimental déployé, Mesures et comparaison de l’atténuation avec les différents modèles analytiques. 5. Calcul de disponibilité d’une LOA Ø Logiciel permettant de prédire la qualité de service (Qo. S) d’une LOA. 6. Conclusion et perspectives 50

Disponibilité d’une LOA Le déploiement des LOA l’assurance d’une qualité de service Qo. S minimale requise par l’utilisateur è La connaissance de la fiabilité et la disponibilité de la liaison, è Disponibilité et fiabilité d’une LOA dépendent : Ø Caractéristiques techniques du système, Ø Paramètres climatiques et géographiques, Ø Conditions atmosphériques. Un logiciel permettant de prédire la qualité de service d’une LOA en terme de probabilité de disponibilité ou d’indisponibilité de liaison è Un outil de simulation intégrant : 51 Ø les statistiques locales différents paramètres climatiques et les caractéristiques du système, Ø des algorithmes qui intègrent les différents phénomènes physiques responsables de la rupture de la liaison. Ø Les modèles analytiques permettant de décrire l’atténuation, en particulier notre modèle de brouillard.

Disponibilité d’une LOA Application Comparaison de la disponibilité mesurée avec la disponibilité prédite à partir du logiciel permettant de prédire la Qo. S d’une LOA è Pour une liaison commerciale type LOA déployée à Graz (Autriche) sur une distance 2, 7 km et opérant à 850 nm : Ø La disponibilité effective moyenne est de 93, 65 % è A partir du logiciel permettant de prédire la qualité de service d’une LOA : Ø La disponibilité évaluée est de 92, 60 %. Erreur relative de 1, 12% è Si la distance de la liaison est 500 m : Ø La disponibilité effective moyenne est de 95, 93 % Ø La disponibilité de jour est de 99, 58% Capacité du logiciel à prédire la disponibilité d’une LOA quelconque en fonction de son environnement 52 Faisabilité des LOA dans des environnements propices

Conclusion Les brouillards sont un facteur important dans la dégradation du rayonnement dans l'atmosphère particulièrement pour la gamme des ondes visibles et IR. è Prise en main du code de calcul de la transmission atmosphérique Fascode è Détermination de l'atténuation atmosphérique en fonction de la visibilité pour deux types de brouillard (advection et convection) à l'aide de Fascode. Ø Atténuation due au brouillard dépend de l même pour des visibilités très faibles, Ø Atténuation croissante en fonction de la longueur d'onde entre 0, 4 et 2, 5 µm, è Etablissement d'un modèle permettant de calculer l'atténuation en fonction de l et de la visibilité, Ø Formules de transmission simples permettant de prédire l'atténuation pour 2 types de brouillard entre 0, 69 et 1, 55 µm, Ø Intégration de ce modèle dans un logiciel permettant de prédire la qualité de service d’une LOA, Ø Validation du modèle en comparant la disponibilité mesurée de la liaison de Graz avec celle déduite du logiciel 53

Conclusion è Mesure de l’atténuation due au brouillard sur plusieurs liaisons déployées en milieu naturel, è Comparaison entre les mesures et les modèles d’atténuation notre modèle décrit le mieux les résultats expérimentaux, è La sensibilité à la longueur d’onde pour les très faibles visibilités n’a pu être confirmée ni infirmée directement. 54

Perspectives è Poursuivre les mesures afin de se prononcer sur la dépendance spectrale de l’atténuation, è Investigation d'autres longueurs d'onde pour les LOA : 10, 6 µm présente un avantage considérable pour les liaisons optiques atmosphériques (pouvoir de pénétrer le brouillard plus facilement), Ø Des systèmes LOA opérant à cette longueur d'onde font déjà l'objet d'étude de la part d'un certain nombre de constructeurs, Ø Ces systèmes commencent à être étudiés malgré les défis techniques à relever en travaillant à 10, 6 µm afin de pouvoir assurer le même débit qu'avec les longueurs d'onde plus courtes, è La clé du problème pour la modélisation est sans contestation la distribution de taille de particules et leur nature, Ø Investigation de l'effet de la variation de la distribution de taille de particules sur la dépendance de la longueur d'onde sur l'atténuation, l Etablissement d'un modèle permettant de décrire l'évolution de la distribution de taille de particule lors d'un phénomène de brouillard en fonction des données météorologiques à partir des grandes campagnes de mesures dans le domaine (Arnulf et al, Lenham et al), l Influence de la nature des particules sur l’atténuation (milieu, pollution…). 55