Enhancing LEO satellite uplink performance through spatial mode diversity-based scintillation mitigation

Auteurs: Clément JACQUARD, Henri LEHEC, Thibault MICHEL, Laurie PAILLIER, Maxime JOOS, Julien SAMAAN, Matthieu MEUNIER, Pu JIAN, Guillaume LABROILLE, and Olivier PINEL

Cailabs, Rennes, FRANCE

Abstract

Cette publication présente une approche innovante pour améliorer les performances des liaisons optiques montantes entre la Terre et les satellites en orbite basse, en s’appuyant sur la diversité de modes spatiaux pour atténuer les effets de la scintillation atmosphérique. Les communications optiques satellitaires sont fortement impactées par la turbulence atmosphérique, qui induit scintillation, errance du faisceau et dégradation du taux d’erreur binaire, limitant la fiabilité des signaux montants. Contrairement aux méthodes conventionnelles reposant sur la pré compensation du canal ou sur l’utilisation de multiples émetteurs spatialement séparés, cette approche exploite la combinaison incohérente de plusieurs modes spatiaux colinéaires émis par un même télescope. Les faisceaux transmis résultent de la superposition incohérente de trois à six modes spatiaux orthogonaux, obtenue par des décalages spectraux, de polarisation et de mise en forme spatiale. Une diversité supplémentaire est apportée par l’utilisation de deux télescopes, permettant la génération de jusqu’à douze modes incohérents pour une puissance totale émise de douze watts en bande C. La mise en œuvre repose sur des composants du commerce et sur la technologie de conversion de lumière multi plans développée par Cailabs, permettant un déploiement de la diversité spatiale sans contrainte d’alignement utilisateur. Les performances sont validées sur un banc de turbulence atmosphérique émulée, démontrant une réduction significative des effets de scintillation et une amélioration notable de la stabilité et de la qualité du lien montant.