Dissertations / Theses on the topic 'Accès multiple par répartition en fréquence'

Le SC-FDMA " Single-Carrier Frequency Division Multiple Acces ", est une technique d'accès multiple à répartition fréquentielle, permettant d'allouer efficacement aux différents mobiles, les ressources de communication. Cette technique a suscité un intérêt particulier lors des conventions de normalisation du standard 3GPP LTE " Long Term Evolution ". Le regain de considération pour cette technique, est lié au fait qu'elle engendre des signaux temporels à faible variation d'amplitude caractérisée par un faible PAPR ou " Peak to Average Power Ratio ". Cet avantage majeur, rend possible l'utilisation de l'amplificateur de puissance du système dans sa zone proche du point de compression, maximisant ainsi son rendement sans toutefois risquer l'apparition des distorsions. C'est pourquoi, ce système a été adopté dans la norme 3GPP LTE comme technique d'accès multiple pour la voix montante. Cependant, dans les spécifications du 3GPP LTE un symbole sur sept est systématiquement réservé pour l'estimation de canal sur toutes les porteuses du système engendrant ainsi une réduction importante du débit utile du signal transmis. L'objectif de cette thèse est de proposer des techniques d'estimation et d'égalisation de canal adaptées pour le SC-FDMA afin d'éviter tant que possible cette perte de débit. Nous avons pu analyser, quelques techniques d'égalisation comme celle basée sur des références fantômes, mais également quelques techniques d'estimation de canal comme celle basée sur un " Ajout de Signal "dans la bande passante du signal utile
The SC-FDMA « Single-Carrier Frequency Division Multiple Access », is a multipleaccess scheme, allowing efficient communication resources allocation to multiplemobile terminals. This technique aroused particular interest during the 3GPPLTE « Long Term Evolution »standard specifications. The reconsideration of thistechnique is related to the low amplitude variation of the generated temporal signal,which is characterized by a low PAPR « Peak to Average Power Ratio ». Thismajor advantage makes possible a use of power amplifier system in the area nearthe compression point, thus maximizing performance avoiding any distortions. Thus, this system was adopted in the new standard of 3GPP LTE as multipleaccess scheme for uplink communication. However, in the 3GPP LTE specifications, one symbol over seven is systematicallyreserved for channel estimation on all sub-carriers that occurs to the system usefulthroughput decreasing. The objective of this thesis is to propose some estimationand equalization techniques adapted for SC-FDMA system to avoid the loss ofthe useful throughput. We have investigated, some equalization techniques suchas one based on ghosts references, but also some estimation techniques as onebased on « Added Signal » in the useful signal bandwidth

Cette thèse s'intéresse à l'allocation de ressources des réseaux WMAN (Wireless Metropolitan Area Networks) utilisant l'OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access). Les applications récentes destinées aux réseaux sans fils requièrent des débits importants. L'OFDMA, technique d'accès multiple basée sur l'OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing), permet d'obtenir des débits élevés grâce à la diversité multiutilisateur. Dans une première partie, l'allocation de ressources est considérée au niveau de la couche physique (affectation des fréquences et de la puissance). Dans un contexte monocellulaire, un algorithme est proposé afin de maximiser le débit de la cellule tout en assurant des débits individuels aux utilisateurs (Rate-Adaptive Optimization). L'impact de la sous-canalisation sur le débit global est analysé. Puis, un algorithme est proposé dans un contexte multicellulaire pour adapter dynamiquement le facteur de réutilisation fréquentiel. Dans une deuxième partie, l'ordonnancement est traité. L'objectif est de garantir les délais du trafic en temps réel, de maximiser le débit du trafic non temps réel tout en assurant une équité proportionnelle entre les flux. Pour cela, les extensions du GPS ( Global Processor Sharing) sont étudiées. Deux algorithmes, extensions du WFS (Wireless Fair Service) pour l'OFDMA, sont proposés. Leurs performances sont comparées au WFS et aux algorithmes existants en OFDMA. Une des propositions, l'OWFS (Opportunist WFS) est particulièrement adaptée pour maximiser le débit du trafic non temps réel et comporte un paramètre, le poids de délai, qui permet de maintenir un taux de pertes acceptable pour le trafic temps réel
The thesis deals with radio resource allocation in wireless metropolitan area networks based on OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access). Several applications for wireless networks demand high data rates. OFDMA is a multiple access technique based on OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiple Access). It takes advantage of multiuser diversity and enables high data rates. The first part of the thesis considers subcarrier and power allocation. In a single cell network, an algorithm is proposed to maximize the cell data rate with ensuring individual rates to users (Rate adaptive optimization). Data rates are ontained under subchannelization and compared to data rates obtained under individual subcarrier allocation. In a multicell network, a new algorithm using a dynamic frequency reuse factor is described. In a second part, scheduling is studied. The main goal is to provide delay guaranties to real time flows, maximize throughput of non real time flows while insuring proportional fairness to the flows. GPS (Global Processor Sharing) extensions are examined. Two algorithms derived from the WFS ( Wireless Fair Service) are defined. Performances are characterized and compared to existing algorithms in OFDMA. One of them, the OWFS (Opportunist Wireless Fair Service) algorithm is shown to maximize the data rate of non real time flows. Besides, thanks to the delay weight parameter, it is also possible to maintain a satisfying drop rate for real time flows

Les recherches en communications numériques ont dans leur objectif d'augmenter le débit des systèmes de transmission avec des réalisations à faible complexité d'implémentation. En présence de canaux multi-trajets, les systèmes multiporteuses, notamment le CP-OFDM, sont de plus en plus utilisés car ils offrent un excellent compromis entre débits élevés et faible complexité d'implementation. De plus, comparées aux systèmes monoporteuses, les technologies multiporteuses permettent une meilleure exploitation de la diversité fréquentielle du canal de communication. Les standards ADSL, IEEE802. 11a. . . Reposent déjà sur la technologie CP-OFDM et les nouveaux standards, comme IEEE802. 11n, combinent le CP-OFDM avec les technologies MIMO pour améliorer les débits de transmission et exploiter efficacement la diversité spatiale du canal. Par ailleurs, dans la plupart des systèmes, le canal de communication doit être partagé entre plusieurs utilisateurs, d'où la nécessité de recourir aux techniques d'accès. Le CDMA est l'une des techniques d'accès les plus prometteuses et sa combinaison avec le CP-OFDM a donné lieu au MC-CDMA. Cependant, le CP-OFDM a deux inconvénients majeurs. Premièrement, l'utilisation du CP correspond à une perte d'information utile car la function CP est de l'information redondante. Et, deuxièmement, le filtre de transmission utilisé en CP-OFDM est la fonction porte autrement dit une fonction mal localisée en fréquence. L'implication directe de cette mauvaise localisation est la difficulté de faire respecter par le CP-OFDM des spécifications de masque d'émission contraignantes. En particulier, pour éviter les interférences avec les systèmes voisins en fréquence, les fréquences nulles sont en général insérées aux bords du spectre d'émission d'où une perte d'informations utiles. Pour remédier à ces inconvénients, l'OFDM/OQAM semble être une bonne alternative. En effet, la modulation OFDM/OQAM n'utilise pas de CP et elle offre la possibilité d'utiliser différents types de filtre prototype. L'OFDM/OQAM repose pour cela sur une orthogonalité réelle contrairement au CP-OFDM qui utilise une orthogonalité complexe. Le but de cette thèse est dans une première partie de montrer qu'il est possible dans certaines conditions, de réaliser une égalisation à un coefficient en OFDM/OQAM comme en CP-OFDM. Nous présentons dans ce cadre des méthodes d'estimation de canaux en OFDM/OQAM suivant les modes préambule et pilotes répartis. Les performances de ces méthodes d'estimation sont comparées à celles utilisées pour les systèmes CP-OFDM. Dans la suite de la thèse, nous analysons la combinaison OFDM/OQAM et CDMA, avec notamment la possibilité d'obtenir une orthogonalité complexe en OFDM/OQAM grâce aux codes de Walsh-Hadamard. Une comparaison avec le système MC-CDMA est effectuée. Un dernier axe d'étude concerne les systèmes multi-antennes. Nous analysons notamment les gains de diversité spatiale et l'augmentation des débits de transmission. Ensuite nous nous intéressons à la combinaison OFDM/OQAM et MIMO. Nous examinons la possibilité ou non d'appliquer à l'OFDM/OQAM les schémas de multiplexage spatial et ceux de type Alamouti
One important goal in digital communication research is to increase the transmission bit rate while keeping a low complexity structure for the transmitter and receiver. Nowadays, in the presence of multi-path channels, multi-carrier modulations such as CP-OFDM are more and more used since they provide a good trade-off between higher bit rate and complexity. Moreover, compared to single-carrier systems, multi-carrier systems permit a better use of the channel frequency diversity. Systems or standards such as ADSL or IEEE802. 11a have already implemented the CP-OFDM modulation. New standards like IEEE802. 11n combine CP-OFDM and MIMO in order to increase the bit rate and to provide a better use of the channel spatial diversity. As the communication medium has to be shared between multiple users, access techniques are needed. One of the most promising access technique is CDMA and its combination with CP-OFDM has led to the so-called MC-CDMA. However, the CP leads to a loss of spectral efficiency as it contains redundant information. Moreover, the prototype filter used in CP-OFDM is the rectangular window one, thus it has poor frequency localization. This poor frequency localization makes it difficult for CP-OFDM systems to respect stringent specifications of spectrum masks. This is why null sub-carriers are inserted at the frequency boundaries of CP-OFDM systems in order to avoid interferences with close systems in frequency. Adding null sub-carriers also means loosing spectral efficiency. To overcome these difficulties, OFDM/OQAM seems to be a good alternative. Firstly, because OFDM/OQAM does not use any CP and, secondly, because it offers the possibility to use different prototype filters. Indeed, for a given type of time-frequency transmission lattice, the orthogonality constraint for OFDM/OQAM is relaxed being limited to the real field while for OFDM it has to be satisfied in the complex field. Thus, there is more degree of freedom for OFDM/OQAM prototype filters. The aim of this thesis is, in the first part, to show that it is possible with OFDM/OQAM to perform a one tap channel equalization per subcarrier as in CP-OFDM. For realistic transmission channels, this one tap equalization is only valid within some channel hypotheses regarding the maximum delay spread and the Doppler effect. Then, it must be preceded by a channel estimation step. Therefore, a set of channel estimation methods is proposed for the preamble and scattered modes. In the second part, we analyze the combination between OFDM/OQAM and CDMA and we show that it is possible to have a complex orthogonality in OFDM/OQAM thanks to the Walsh-Hadamard codes. A comparison with MC-CDMA is also carried out. Finally, we study multi-antennas system. We analyze the spatial diversity gain and the data rate increase. The combination between OFDM/OQAM and MIMO is also studied for the spatial multiplexing and Alamouti schemes

Dans le cadre de ce travail de recherche, nous nous sommes intéressés à un système de télécommunications par satellite intervenant en situation d'urgence. Ce système serait embarqué comme passager d'un satellite géostationnaire travaillant en bande Ka et assurerait la transmission à une flotte de petits terminaux compatibles avec les standards DVB-RCS/S. Les potentialités offertes par l'association de la Formation de Faisceaux par le Calcul (FFC) adaptative et d'une méthode d'Accès Multiple à Répartition Spatiale (AMRS) ont été plus particulièrement étudiées pour une antenne de réception à réflecteur (antenne Focal Array Fed Reflector, FAFR). La combinaison de ces deux techniques permet la mise en place du concept «un spot par utilisateur» assurant ainsi d'une part un niveau maximal de gain en tout point de la couverture et rendant possible d'autre part la réutilisation de ressources grâce à la réjection d'interférence. La première partie de ce travail est consacrée à une étude des algorithmes de FFC. Nous présentons le Formateur Conventionnel et quelques algorithmes adaptatifs, puis, nous analysons les performances de chacun en environnement réel (prise en compte des perturbations du canal de transmission, de celles sur les vecteurs directionnels, du bruit...). Les conditions d'implémentation de ces algorithmes sont également définies. Dans une seconde partie, nous proposons un modèle de système satellite basé sur la formation de faisceaux adaptative par séquence de référence et l'accès AMRS. Les facteurs de réutilisation de ressources permis par les algorithmes retenus sont évalués. Grâce à un algorithme d'allocation de ressources simple et aux facteurs de réutilisation calculés, une première estimation de la capacité et des performances de ce système est réalisée. Une comparaison avec d'autres systèmes montre que celui proposé permet d'augmenter significativement la capacité au prix d'une complexité accrue.

Les travaux de ce mémoire de thèse portent sur la mise en œuvre d’un prototype de système de communications sur une plateforme hétérogène SUNDANCE combinant DSP et FPGA dans le contexte de la convergence des réseaux locaux et cellulaires. La couche physique du système repose sur la technique MIMO-MC-CDMA avec deux antennes d’émission et deux antennes de réception. La technique MIMO-MC-CDMA combine l’étalement de spectre, l’OFDM et le codage temps-espace d’Alamouti, profitant de la diversité fréquentielle et de la diversité spatiale. Les travaux menés dans cette thèse ont permis de développer la partie numérique du modem, synchronisation et estimation de canal incluses. Des études complémentaires sur la partie analogique sont également présentées. Les résultats d’implantation de la partie numérique pose la question du dimensionnement adéquat de la plateforme pour les futurs systèmes de communications. Ces travaux ont également permis de proposer un nouveau schéma de transmission particulièrement économe en ressources matérielles pour les applications MIMO-OFDM à plus de deux antennes d’émission. En outre, la plateforme s’est enrichie d’une nouvelle application pour valoriser le prototype obtenu
This thesis deals with the implementation of communication systems into a SUNDANCE heterogeneous latform, composed of DSPs and FPGAs in the context of convergence of local area networks and cellular networks. The hysical layer of our system is based on MIMO-MC-CDMA with two transmit antennas and two receive antennas. IMO-MCCDMA combines spectrum spreading, OFDM, and Alamouti space-time coding, so that it benefits from frequency diversity and spatial diversity. Our work leads to the implementation of the baseband transmitter, including start of frame detection and channel estimation. Studies concerning the radiofrequency stages are presented. Our baseband implementation raises the question of the hardware requirements for next generation wireless networks. To this end, we have proposed a very efficient transmitting scheme for MIMO-OFDM systems. Besides, a new application has been designed to promote our platform

Le nombre de dispositifs dans l’Internet des objets (IoT) communiquant sans fil est en rapide augmentation et devrait continuer à croître dans les années à venir. Pour soutenir cette connectivité massive, un certain nombre de nouvelles technologies, collectivement connu sous le nom de Low Power Wide Area Network (LPWAN), ont été développées. Le nombre de transmission des objets dans les LPWANs est limitée par les contraintes de duty cycle qui fixe la proportion de temps d’occupation d’une ressource radio. Pour des réseaux sans fil coexistant dans une même zone géographique et utilisant les mêmes ressources fréquentielles, le nombre croissant d’appareils entraîne la présence fréquente de signaux non désirés par le récepteur et connus sous le nom d’interférences. Dans cette thèse, nous caractérisons les statistiques d’interférence dans des LPWANs, avec un accent particulier mis sur le NB-IoT et les approches émergentes telles que le Sparse Code Multiple Access (SCMA). Une telle caractérisation est essentielle pour améliorer le traitement du signal au niveau du récepteur afin d’atténuer l’impact de l’interférence. Plusieurs facteurs influent sur les propriétés statistiques de l’interférence : l’emplacement des dispositifs, l’atténuation des signaux, les protocoles d’accès à la ressource radio. De nombreux travaux récents développent des modèles d’interférence mais beaucoup se limitent à la puissance ce qui n’est pas suffisant pour la conception des récepteurs. Nous proposons dans cette thèse un modèle de l’amplitude (complexe) de l’interférence en le liant aux principaux paramètres du réseau. La première contribution est de réexaminer l’interférence dans une seule dimension (par exemple une sous-porteuse), un cas largement rencontré dans les solutions actuelles de l’IoT. Dans ce scénario, l’hypothèse de départ est de distribuer les dispositifs interférents selon un processus de Poisson homogène. Il est connu depuis longtemps que l’interférence résultante est bien approximée par un modèle α-stable, plutôt qu’un modèle gaussien. Ce modèle est étendu au cas complexe (sous-Gaussien) et confronté à des hypothèses plus réalistes, notamment la présence de zones de garde, un réseau de rayon fini et des processus non homogènes régissant l’emplacement des appareils. La deuxième contribution est l’étude, pour la première fois, des statistiques sur les interférences dans les réseaux IoT multi-porteuses, par exemple le NB-IoT ou le SCMA. Motivé par les résultats obtenus dans le cas d’une seule sous-porteuse, un modèle multivarié basé sur des marginales α-stable et des relations de dépendance modélisées par des copules est proposé. Ce modèle est vérifié par simulation et justifié par un nouvel algorithme d’estimation des paramètres qui se révèle très proche de l’optimal mais avec une très faible complexité. Dans la troisième partie, les modèles d’interférence sont utilisées pour améliorer la conception des récepteurs. Les récepteurs non linéaires améliorent de manière significative les performances des systèmes. Si l’on se limite à des récepteurs linéaires, il est possible d’obtenir le système optimal et le taux d’erreurs binaires. Les résultats illustrent également comment la charge du réseau et la quantité moyenne d’information que chaque noeud essaie de transmettre affecte les performances du récepteur
The number of devices in wireless Internet of Things (IoT) networks is now rapidly increasing and is expected to continue growing in the coming years. To support this massive connectivity, a number of new technologies, collectively known as Low Power Wide Area Network (LPWAN), have been developed. Many devices in LPWANs limit their transmissions by duty cycle constraints; i.e., the proportion of time allocated for transmission. For nearby wireless networks using the same time-frequency resources, the increasing number of devices leads to a high level of unintended signals, known as interference. In this thesis, we characterize the statistics of interference arising from LPWANs, with a focus on protocols related to Narrowband IoT (NB-IoT) and emerging approaches such as Sparse Code Multiple Access (SCMA). Such a characterization is critical to improve signal processing at the receiver in order to mitigate the interference. We approach the characterization of the interference statistics by exploiting a mathematical model of device locations, signal attenuation, and the access protocols of individual interfering devices. While there has been recent work developing empirical models for the interference statistics, this has been limited to studies of the interference power, which has limited utility in receiver design. The approach adopted in this thesis has the dual benefits of providing a model for the amplitude and phase statistics and while also yielding insights into the impact of key network parameters. The first contribution in this work is to revisit interference in a single subcarrier system, which is widely used in current implementations of IoT networks. A basic model in this scenario distributes interfering devices according to a homogeneous Poisson point process. It has been long known that the resulting interference is well approximated via an α-stable model, rather than a Gaussian model. In this work, the α-stable model is shown via theoretical and simulation results to be valid in a wider range of models, including the presence of guard zones, finite network radii, and non-Poisson point processes governing device locations. The second contribution in this thesis is the study, for the first time, of interference statistics in multi-carrier IoT networks, including those that exploit NB-IoT and SCMA. Motivated by the results in the single subcarrier setting, a multivariate model based on α-stable marginals and copula theory is developed. This model is verified by extensive simulations and further justified via a new, near-optimal, parameter estimation algorithm, which has very low complexity.The third part of this thesis applies the characterizations of the interference statistics to receiver design. A new design for nonlinear receivers is proposed that can significantly outperform the state-of-the-art in multicarrier IoT systems. When receivers are restricted to be linear, the optimal structure is identified and the bit error rate characterized. Numerical results also illustrate how the average quantity of data interfering devices are required to transmit affects the receiver performance

Cette thèse présente une étude d'un système complet de transmission en liaison descendante utilisant la technologie multi-porteuse avec l'accès multiple par division de code (Multi-Carrier Code Division Multiple Access, MC-CDMA). L'étude inclut la synchronisation et l'estimation du canal pour un système MC-CDMA en liaison descendante ainsi que l'implémentation sur puce FPGA d'un récepteur MC-CDMA en liaison descendante en bande de base. Le MC-CDMA est une combinaison de la technique de multiplexage par fréquence orthogonale (Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM) et de l'accès multiple par répartition de code (CDMA), et ce dans le but d'intégrer les deux technologies. Le système MC-CDMA est conçu pour fonctionner à l'intérieur de la contrainte d'une bande de fréquence de 5 MHz pour les modèles de canaux intérieur/extérieur pédestre et véhiculaire tel que décrit par le "Third Genaration Partnership Project" (3GPP). La composante OFDM du système MC-CDMA a été simulée en utilisant le logiciel MATLAB dans le but d'obtenir des paramètres de base. Des codes orthogonaux à facteur d'étalement variable (OVSF) de longueur 8 ont été choisis comme codes d'étalement pour notre système MC-CDMA. Ceci permet de supporter des taux de transmission maximum jusquà 20.6 Mbps et 22.875 Mbps (données non codées, pleine charge de 8 utilisateurs) pour les canaux intérieur/extérieur pédestre et véhiculaire, respectivement. Une étude analytique des expressions de taux d'erreur binaire pour le MC-CDMA dans un canal multivoies de Rayleigh a été réalisée dans le but d'évaluer rapidement et de façon précise les performances. Des techniques d'estimation de canal basées sur les décisions antérieures ont été étudiées afin d'améliorer encore plus les performances de taux d'erreur binaire du système MC-CDMA en liaison descendante. L'estimateur de canal basé sur les décisions antérieures et utilisant le critère de l'erreur quadratique minimale linéaire avec une matrice' de corrélation du canal de taille 64 x 64 a été choisi comme étant un bon compromis entre la performance et la complexité pour une implementation sur puce FPGA. Une nouvelle séquence d'apprentissage a été conçue pour le récepteur dans la configuration intérieur/extérieur pédestre dans le but d'estimer de façon grossière le temps de synchronisation et le décalage fréquentiel fractionnaire de la porteuse dans le domaine du temps. Les estimations fines du temps de synchronisation et du décalage fréquentiel de la porteuse ont été effectués dans le domaine des fréquences à l'aide de sous-porteuses pilotes. Un récepteur en liaison descendante MC-CDMA complet pour le canal intérieur /extérieur pédestre avec les synchronisations en temps et en fréquence en boucle fermée a été simulé avant de procéder à l'implémentation matérielle. Le récepteur en liaison descendante en bande de base pour le canal intérieur/extérieur pédestre a été implémenté sur un système de développement fabriqué par la compagnie Nallatech et utilisant le circuit XtremeDSP de Xilinx. Un transmetteur compatible avec le système de réception a également été réalisé. Des tests fonctionnels du récepteur ont été effectués dans un environnement sans fil statique de laboratoire. Un environnement de test plus dynamique, incluant la mobilité du transmetteur, du récepteur ou des éléments dispersifs, aurait été souhaitable, mais n'a pu être réalisé étant donné les difficultés logistiques inhérentes. Les taux d'erreur binaire mesurés avec différents nombres d'usagers actifs et différentes modulations sont proches des simulations sur ordinateurs pour un canal avec bruit blanc gaussien additif.

La thèse étudie des méthodes d'allocation de ressources, distribuées par station de base (BS) dans les réseaux OFDMA multi-cellulaires. L'objectif est de fournir la Qualité de Service (QdS) requise par chaque utilisateur, quelle que soit sa localisation dans la cellule. Les travaux portent d'abord sur la coordination causale de réseaux. Deux BSs forment un lien MIMO virtuel pour les utilisateurs localisés en bordure de cellule. Ces utilisateurs bénéficient d'un gain de diversité et d'une diminution de l'interférence inter-cellulaire. L'efficacité de la méthode d'allocation de ressources associée dépend de l'équité du contrôle de puissance. En conséquence, la coordination de réseaux est utilisée pour les utilisateurs à Débit Contraint (DC), mais pas pour les utilisateurs Best Effort (BE), dans un algorithme permettant de gérer conjointement les deux objectifs de QdS. La thèse étudie ensuite les réseaux totalement distribués. Pour les utilisateurs DC, une méthode d'allocation de ressources incluant une allocation de puissance itérative est déterminée pour résoudre le problème Margin Adaptive. Cette méthode est étendue aux utilisateurs DC en MIMO, lorsque le transmetteur connaît tout l'information de canal, ou uniquement ses caractéristiques statistiques. Pour les utilisateurs BE, enfin, l'objectif est de maximiser la somme des débits pondérés, le poids de chaque utilisateur étant proportionnel à la longueur de sa file d'attente. Une méthode d'allocation de sous-porteuses, déduite d'un graphe d'interférence, et une méthode de contrôle de puissance distribuée sont proposées pour résoudre ce problème d'optimisation.

La thèse étudie des méthodes d'allocation de ressources, distribuées par station de base (BS) dans les réseaux OFDMA multi-cellulaires. L'objectif est de fournir la Qualité de Service (QdS) requise par chaque utilisateur, quelle que soit sa localisation dans la cellule. Les travaux portent d'abord sur la coordination causale de réseaux. Deux BSs forment un lien MIMO virtuel pour les utilisateurs localisés en bordure de cellule. Ces utilisateurs bénéficient d'un gain de diversité et d'une diminution de l'interférence inter-cellulaire. L'efficacité de la méthode d'allocation de ressources associée dépend de l'équité du contrôle de puissance. En conséquence, la coordination de réseaux est utilisée pour les utilisateurs à Débit Contraint (DC), mais pas pour les utilisateurs Best Effort (BE), dans un algorithme permettant de gérer conjointement les deux objectifs de QdS. La thèse étudie ensuite les réseaux totalement distribués. Pour les utilisateurs DC, une méthode d'allocation de ressources incluant une allocation de puissance itérative est déterminée pour résoudre le problème Margin Adaptive. Cette méthode est étendue aux utilisateurs DC en MIMO, lorsque le transmetteur connaît tout l'information de canal, ou uniquement ses caractéristiques statistiques. Pour les utilisateurs BE, enfin, l'objectif est de maximiser la somme des débits pondérés, le poids de chaque utilisateur étant proportionnel à la longueur de sa file d'attente. Une méthode d'allocation de sous-porteuses, déduite d'un graphe d'interférence, et une méthode de contrôle de puissance distribuée sont proposées pour résoudre ce problème d'optimisation
The thesis studies resource allocation methods, distributed per base station (BS) in multi-cellular OFDMA networks. The objective is to provide the Quality of Service (QoS) requested by each user, whatever its location in the cell. First, it investigates causal network coordination in distributed networks. Two BSs form a virtual Multiple Input, Multiple Output (MIMO) array for the users located at the border of cells. These users thus benefit from a diversity gain, and from inter-cell interference mitigation. The efficiency of the associated resource allocation method depends on the fairness of the power control objective. Thus, network coordination is used for Rate Constrained (RC) users, but not for Best Effort (BE) users, in a proposed algorithm that jointly manages both QoS objectives. The thesis next considers the more general perspective of fully distributed networks. For RC users, a resource allocation process with iterative interference-based power allocation is determined to solve the Margin Adaptive problem. It includes a distributed constraint that guarantees power control convergence. The proposed method is extended to RC users in MIMO, both when full Channel State Information is available at transmission, and when only the statistical properties of the channel are available at transmission. Finally, for BE users, the objective is to maximize the weighted sum throughput, where the weight of each user is proportional to its queue length. A subcarrier allocation method, deduced from a network-wide interference graph, and a distributed power control method are proposed for that optimization problem

Cette thèse traite du problème de l'identification aveugle de canal en utilisant uniquement les statistiques de second ordre, dans un contexte de communications, soit en présence d'un seul utilisateur, soit en présence de plusieurs utilisateurs partageant la même fréquence, au même moment et sans étalement de spectre. Nous avons explore les statistiques cycliques du second ordre, débouchant sur une famille d'algorithmes dont les performances sont indépendantes de la couleur du bruit et un nouveau modèle de canal. Nous avons développé une méthode sous-espace sans décomposition en éléments propres asymptotiquement équivalente à la méthode initiale. L'incorporation de la matrice de pondération optimale permet de déduire des équivalences asymptotiques entre diverses méthodes. En se basant sur des critères de complexité et de robustesse, nous avons explore divers algorithmes dérives de la prédiction linéaire. Cette étude a montré que les algorithmes rapides de type levinson donnent de bonnes performances et présentent de bonnes propriétés de robustesse. Ces algorithmes permettent une détection de l'ordre du processus ar associe au canal, par extension des méthodes de détection d'ordre de processus multivariés au cas de processus singuliers. Nous avons développé une méthode originale d'identification de canal multi-utilisateurs en nous basant sur la décomposition ldu de la matrice de covariance et sur l'algorithme généralise de schur. Cet algorithme de complexité faible est un candidat sérieux pour l'identification aveugle de canal en sdma. Nous présentons un algorithme au maximum de vraisemblance pour le modèle déterministe, qui présente des performances prometteuses, avec bon nombre de garanties théoriques.

Motivés par les capacités du SDR, nous théorisons dans ce travail un récepteur de définition radio multi-standard simultané (SMS-SDR). Un récepteur SMS-SDR sera capable de décoder "simultanément" les informations de plusieurs standards sans fil hétérogènes utilisant le même frontal RF. Nos réseaux cibles sont des réseaux à accès aléatoire fonctionnant dans des bandes sans licence. Ces normes fonctionnent sans coordination centralisée et sont soumises à de graves brouillage entre canaux du même type de technologie (CT-CCI) car leurs bandes de fréquences de fonctionnement se chevauchent. Nous développons plusieurs nouveaux algorithmes de traitement du signal en bande de base afin d'éliminer l'ICC des récepteurs à une et plusieurs antennes. Nous avons choisi le cas de l'utilisation de signaux à bande étroite et à large bande, en accordant une attention particulière aux systèmes basés sur OFDM, l'OFDM étant une technique de couche physique essentielle des normes sans fil modernes telles que les familles IEEE 802.11 et 4G. Au cours du développement, nous nous concentrons sur les méthodes pouvant fonctionner de manière autonome dans le récepteur, c'est-à-dire sans aucune coopération de la part de l'émetteur ou de la station de base. De cette manière, ce sont des réseaux à accès aléatoire appropriés fonctionnant dans des bandes sans licence. De plus, les algorithmes peuvent être intégrés à l'infrastructure existante sans aucun effort significatif. Enfin, nos méthodes d'atténuation des interférences sont utilisées pour développer des arbres de décision qui recommandent la séquence d'étapes permettant d'atténuer les interférences entre deux signaux hétérogènes. Enfin, nous avons validé nos algorithmes en les implémentant à l'aide de SDR
Motivated by the capabilities of the SDR, we theorize in this work a simultaneous multi-standard radio definition receiver (SMS-SDR). An SMS-SDR receiver will be able to "simultaneously" decode the information of several heterogeneous wireless standards using the same RF front end. Our target networks are random access networks operating in unlicensed bands. These standards operate without centralized coordination and are subject to serious interference between channels of the same type of technology (CT-CCI) because their operating frequency bands overlap. We are developing several new baseband signal processing algorithms to eliminate ICC from single and multi-antenna receivers. We chose the case of the use of narrow-band and broadband signals, paying particular attention to OFDM-based systems, OFDM being an essential physical layer technique of modern wireless standards such as IEEE families 802.11 and 4G. During development, we focus on methods that can operate autonomously in the receiver, that is, without any cooperation from the transmitter or base station. In this way, they are appropriate random access networks operating in unlicensed bands. In addition, the algorithms can be integrated into the existing infrastructure without any significant effort. Finally, our interference mitigation methods are used to develop decision trees that recommend the sequence of steps to mitigate interference between two heterogeneous signals. Finally, we validated our algorithms by implementing them using SDR

Ce travail porte sur l'etude de radiocommunications basees sur la methode d'acces multiple a repartition par les codes (amrc), qui est derivee de la technique d'etalement de spectre par sequence directe. Les enjeux futures de cette derniere et les contraintes imposees par les canaux de radiopropagation sont d'abord exposes. Puis, parmi les differentes techniques envisagees pour accroitre la capacite de tels systemes, deux sont plus particulierement etudiees : l'optimisation des sequences d'etalement et l'etude d'architectures de reception associees. L'utilisation de methodes derivees de l'optimisation combinatoire permet d'ameliorer les proprietes de correlation des sequences decrites classiquement, grace a la prise en compte de criteres supplementaires. Ces sequences prouvent leur apport dans des outils de simulation et sur des maquettes reelles. Toutefois, ces dernieres ne permettent pas de remedier, a elles seules, aux problemes inherents aux architectures de reception amrc classiquement utilisees a ce jour. C'est pourquoi, apres avoir souligne les faiblesses de telles structures, nous proposons l'emploi d'architectures multi-utilisateurs basees sur la suppression parallele d'interferences, afin d'ameliorer la qualite de reception. Cette demarche pragmatique est alors validee par un demonstrateur et amelioree grace a la mise en uvre de recepteurs lineaires plus sophistiques. Des simulations sur station de travail et des mesures experimentales ont ensuite valide ces etudes. La principale originalite de cette partie reside dans la prise en compte d'une dynamique finie et des problemes lies a la synchronisation. En effet, nous avons garde a l'esprit la realisation materielle de telles architectures avec des circuits dedies. Cette these trouve toute sa pertinence dans la proposition du standard umts actuel qui preconise l'utilisation de l'amrc large bande pour la troisieme generation de telephonie mobile, remplacante du gsm actuel. Cette proposition mentionne notamment la necessite de rechercher une augmentation de capacite pour l'utilisation de recepteurs amrc evolues.

L'augmentation incessante des services multimédias via le réseau internet a conduit à la diffusion massive de la fibre jusqu'au plus près de l'utilisateur dans le monde entier. La solution choisie par l'opérateur historique français sous sa marque Orange est celle du PON (Passive Optical Networks). Le choix d'une architecture Point à Multi-Point optique permet de mutualiser l'infrastructure entre plusieurs utilisateurs et par conséquent de minimiser le nombre de fibres posées et la taille du câble en sortie du central. Cette thèse aborde le sujet de la montée en débit du réseau d'accès optique utilisant le multiplexage temporel (TDM) avec une réutilisation des infrastructures existantes lors de la première génération de déploiement. Tout d'abord, le premier chapitre présente le contexte actuel du réseau d'accès et les évolutions futures de ses architectures. Ensuite, le second chapitre présente un panorama des technologies utilisées dans le réseau d'accès optique à partage temporel avec les contraintes liées à la montée en débit (jusqu'à 10Gbit/s) à la fois pour l'émission et la réception du mode rafale de la voie montante. Le troisième chapitre décrit les différentes architectures réalisées et testées au laboratoire dans le cadre de ces travaux de recherche. Une des architectures innovantes, présentée dans ce chapitre, met en place un réseau PON à 10Gbit/s avec une transmission sur 60 km de fibre optique d'une voie montante en mode rafale pour un budget optique avoisinant les 55dB et 40dB, respectivement avec et sans amplification optique. Enfin, la dernière partie de ce manuscrit présente des études sur le bruit de transmission dans une architecture bidirectionnelle intégrant un amplificateur à base de semiconducteurs.

Dans un réseau coopératif, différents noeuds coopèrent afin de créer un réseau d’antennes virtuel et exploiter la diversité spatio-temporelle. On s’intéresse d'abord au canal à relai. Afin d'améliorer les performances à bas SNR, on propose une stratégie adaptative pour les protocoles ”amplify-and-forward” (AF) et ”decode-and-forward (DF) qui détermine la meilleure technique de transmission en fonction du canal. Afin de définir un protocole DF à la fois performant et facile à implémenter, on propose ensuite d'utiliser un décodage incomplet aux relais. Cette technique permet d’atteindre les gains de multiplexage et de diversité maximaux, son DMT est le même que celui du protocol AF non-orthogonal (NAF). Pour réduire la complexité aux relais, deux nouvelles méthodes de décodage sont proposées, basées pour l’une sur la structure des codes TAST, et pour l’autre sur une approximation diophantienne. Dans le cas où plusieurs sources transmettent simultanément, on parle de canal coopératif à accès multiple (CMA). Une implémentation pratique et deux améliorations du protocole CMA-NAF sont proposées, ainsi qu’une variante utilisant une stratégie DF. Ces protocoles permettent d’atteindre de meilleures performances asymptotiques et leur DMT est plus proche de la borne MISO. Enfin, si le lien direct entre source et destination est inutilisable, on utilise une stratégie multi-saut. Dans cette thèse, on propose un protocole pour le canal ”K-parallel-path” (KPP), basé sur la sélection de chemin combinée avec un code spatio-temporel de faible dimension. Ce protocole permet d’atteindre les limites théoriques du canal tout en ayant une complexité limitée
In cooperative networks, multiple nodes cooperate to form a virtual antenna array and exploit space-time diversity. The relay channel is first investigated. In order to improve performance at low SNRs, an adaptive strategy is proposed for both amplify-and-forward (AF) and decode-and-forward (DF) protocols. This strategy chooses the best transmission scheme in term of mutual information for each channel realization. To define an easily implementable and efficient DF protocol, we propose to use an incomplete decoding at relays. This technique provides both full rate and full diversity. Its DMT is similar to the one of the well-known non-orthogonal AF (NAF). In order to reduce the decoding complexity at relays, we also propose two decoding methods based on the space-time block code (STBC) structure and diophantine approximation, respectively. When several sources need to transmit simultaneously, a cooperative multiple access (CMA) channel has to be considered. A practical implementation and two modifications of the CMA-NAF protocol defined by Azarian et al. Are proposed, as well as a DF variant, the CMA-IDF. These protocols provide better asymptotic performance and their DMT is closer to the MISO bound. Finally, if the direct link between source and destination is nonexistent or experiences too much fading, a multihop strategy has to be used. In this thesis, a protocol is proposed for the K-parallel-path (KPP) network, based on path selection combined with a small STBC. This protocol achieves the optimal DMT of the KPP channel with a limited complexity

Dans le cadre des systèmes de communications radio mobiles de la 4ème génération, on s'est intéressé aux systèmes combinant les techniques d'étalement par les codes et de transmission à porteuses multiples.
La thèse consiste à étudier en premier lieu les performances des différents types de combinaisons de l'OFDM et du CDMA, appelées sous le nom générique « OFDM-CDMA », dans un environnement parfaitement synchronisé dans une liaison descendante avec les mêmes conditions de transmission : charge du système, constellation, rendement du codage.
Une fois la comparaison des différents systèmes établie dans un contexte parfaitement synchronisé, on traitera le problème des imperfections de transmission : erreurs des synchronisation, imperfections Radio Fréquences (RF), estimation du canal, effet Doppler.
Les différents types d'erreurs de synchronisation étudiés dans le manuscrit sont la synchronisation de la fenêtre temporelle, la synchronisation des fréquences porteuse, et d'échantillonnage.
Les imperfections RF étudiées consistent en le bruit de phase et la gigue d'horloge.
Les sensibilités de l'OFDM-CDMA à ces erreurs sont évaluées en fonction du Rapport Signal à Interférence plus Bruit (RSIB) en sortie du détecteur en tenant compte de l'orthogonalité entre les codes d'étalement.
Finalement, on s'intéresse à évaluer les performances de ces systèmes en terme du Taux d'Erreur Binaire (TEB) en sortie du décodeur et à faire le lien entre le RSIB en sortie du détecteur et le TEB en sortie du décodeur.
En conclusion de ce travail, on peut tirer des limites tolérées sur les imperfections de transmission de ces systèmes ainsi qu'une comparaison entre leurs performances.

Cette thèse étudie les techniques de gestion intelligente du spectre et de topologie des réseaux via une approche radio intelligente dans le but d’améliorer leur capacité, leur qualité de service (QoS – Quality of Service) et leur consommation énergétique. Les techniques d’apprentissage par renforcement y sont utilisées dans le but d’améliorer les performances d’un système radio intelligent. Dans ce manuscrit, nous traitons du problème d’accès opportuniste au spectre dans le cas de réseaux intelligents sans infrastructure. Nous nous plaçons dans le cas où aucune information n’est échangée entre les utilisateurs secondaires (pour éviter les surcoûts en transmissions). Ce problème particulier est modélisé par une approche dite de bandits manchots « restless » markoviens multi-utilisateurs (multi-user restless Markov MAB -multi¬armed bandit). La contribution principale de cette thèse propose une stratégie d’apprentissage multi-joueurs qui prend en compte non seulement le critère de disponibilité des canaux (comme déjà étudié dans la littérature et une thèse précédente au laboratoire), mais aussi une métrique de qualité, comme par exemple le niveau d’interférence mesuré (sensing) dans un canal (perturbations issues des canaux adjacents ou de signaux distants). Nous prouvons que notre stratégie, RQoS-UCB distribuée (distributed restless QoS-UCB – Upper Confidence Bound), est quasi optimale car on obtient des performances au moins d’ordre logarithmique sur son regret. En outre, nous montrons par des simulations que les performances du système intelligent proposé sont améliorées significativement par l’utilisation de la solution d’apprentissage proposée permettant à l’utilisateur secondaire d’identifier plus efficacement les ressources fréquentielles les plus disponibles et de meilleure qualité. Cette thèse propose également un nouveau modèle d’apprentissage par renforcement combiné à un transfert de connaissance afin d’améliorer l’efficacité énergétique (EE) des réseaux cellulaires hétérogènes. Nous formulons et résolvons un problème de maximisation de l’EE pour le cas de stations de base (BS – Base Stations) dynamiquement éteintes et allumées (ON-OFF). Ce problème d’optimisation combinatoire peut aussi être modélisé par des bandits manchots « restless » markoviens. Par ailleurs, une gestion dynamique de la topologie des réseaux hétérogènes, utilisant l’algorithme RQoS-UCB, est proposée pour contrôler intelligemment le mode de fonctionnement ON-OFF des BS, dans un contexte de trafic et d’étude de capacité multi-cellulaires. Enfin une méthode incluant le transfert de connaissance « transfer RQoS-UCB » est proposée et validée par des simulations, pour pallier les pertes de récompense initiales et accélérer le processus d’apprentissage, grâce à la connaissance acquise à d’autres périodes temporelles correspondantes à la période courante (même heure de la journée la veille, ou même jour de la semaine par exemple). La solution proposée de gestion dynamique du mode ON-OFF des BS permet de diminuer le nombre de BS actives tout en garantissant une QoS adéquate en atténuant les fluctuations de la QoS lors des variations du trafic et en améliorant les conditions au démarrage de l’apprentissage. Ainsi, l’efficacité énergétique est grandement améliorée. Enfin des démonstrateurs en conditions radio réelles ont été développés pour valider les solutions d’apprentissage étudiées. Les algorithmes ont également été confrontés à des bases de données de mesures effectuées par un partenaire dans la gamme de fréquence HF, pour des liaisons transhorizon. Les résultats confirment la pertinence des solutions d’apprentissage proposées, aussi bien en termes d’optimisation de l’utilisation du spectre fréquentiel, qu’en termes d’efficacité énergétique
Future cellular network technologies are targeted at delivering self-organizable and ultra-high capacity networks, while reducing their energy consumption. This thesis studies intelligent spectrum and topology management through cognitive radio techniques to improve the capacity density and Quality of Service (QoS) as well as to reduce the cooperation overhead and energy consumption. This thesis investigates how reinforcement learning can be used to improve the performance of a cognitive radio system. In this dissertation, we deal with the problem of opportunistic spectrum access in infrastructureless cognitive networks. We assume that there is no information exchange between users, and they have no knowledge of channel statistics and other user's actions. This particular problem is designed as multi-user restless Markov multi-armed bandit framework, in which multiple users collect a priori unknown reward by selecting a channel. The main contribution of the dissertation is to propose a learning policy for distributed users, that takes into account not only the availability criterion of a band but also a quality metric linked to the interference power from the neighboring cells experienced on the sensed band. We also prove that the policy, named distributed restless QoS-UCB (RQoS-UCB), achieves at most logarithmic order regret. Moreover, numerical studies show that the performance of the cognitive radio system can be significantly enhanced by utilizing proposed learning policies since the cognitive devices are able to identify the appropriate resources more efficiently. This dissertation also introduces a reinforcement learning and transfer learning frameworks to improve the energy efficiency (EE) of the heterogeneous cellular network. Specifically, we formulate and solve an energy efficiency maximization problem pertaining to dynamic base stations (BS) switching operation, which is identified as a combinatorial learning problem, with restless Markov multi-armed bandit framework. Furthermore, a dynamic topology management using the previously defined algorithm, RQoS-UCB, is introduced to intelligently control the working modes of BSs, based on traffic load and capacity in multiple cells. Moreover, to cope with initial reward loss and to speed up the learning process, a transfer RQoS-UCB policy, which benefits from the transferred knowledge observed in historical periods, is proposed and provably converges. Then, proposed dynamic BS switching operation is demonstrated to reduce the number of activated BSs while maintaining an adequate QoS. Extensive numerical simulations demonstrate that the transfer learning significantly reduces the QoS fluctuation during traffic variation, and it also contributes to a performance jump-start and presents significant EE improvement under various practical traffic load profiles. Finally, a proof-of-concept is developed to verify the performance of proposed learning policies on a real radio environment and real measurement database of HF band. Results show that proposed multi-armed bandit learning policies using dual criterion (e.g. availability and quality) optimization for opportunistic spectrum access is not only superior in terms of spectrum utilization but also energy efficient

La technique ultra large bande (UWB) par impulsions consiste à émettre des impulsions de courte durée et de faible énergie offrant ainsi la possibilité de transmettre de l'information à de hauts débits et à faible coût. Dans cette thèse nous nous sommes intéressés aux systèmes ultra large bande à accès multiple par répartition de codes de saut temporel (TH-UWB) dans un contexte asynchrone et dans un environnement de propagation à trajets multiples. Un récepteur rake a été mis en place. Nous avons calculé de manière analytique la variance de l'interférence multi-utilisateur (MUI) en sortie de ce récepteur. Ceci nous a permis d'identifier les paires dites optimales qui minimisent cette variance. Nous avons constaté qu'utiliser ces paires permet d'améliorer significativement le taux d'erreur binaire du système. Une démarche similaire a été appliquée aux systèmes DS-UWB et DS-CDMA, en effet ces systèmes s'expriment analytiquement de manière identique au système TH-UWB. Ainsi nous avons pu caractériser les paires optimales. Nous avons ensuite comparé les performances de ces différents systèmes lorsque la variance de la MUI est minimale. La variance de l'interférence entre symboles et entre trames (ISI / IFI) a été calculée analytiquement. Ceci nous a permis de dimensionner le récepteur rake et le temps de garde intelligemment. Nous avons également observé, en absence d'ISI / IFI et de bruit, un seuil sur la probabilité d'erreur. En modifiant légèrement le récepteur, nous avons éliminé ce seuil. Enfin nous avons établi les bornes de Cramer-Rao relatives à l'estimation des paramètres du canal (amplitudes et retards) en supposant que les trajets pouvaient se chevaucher.

Cette thèse fait l'objet de l'étude de l'accord en fréquence de résonateurs BAW appliqué au filtrage et à la synthèse de fréquence RF en vue de les co-intégrer avec une technologie silicium et ce par le biais d'une technologie BUMP. L'objectif principal est de compenser électroniquement leurs dispersions fréquentielles liées aux imprécisions de leurs procédés de fabrication et à leur sensibilité aux effets thermiques. Après une brève présentation dans le chapitre 1 d'une architecture classique de chaîne de réception zéro-IF WCDMA, cadre de nos travaux, le chapitre 2 présente, plus en détails, la technologie et les modèles des résonateurs BAW qui nous ont permis d'appréhender leur intégration. Les différents modes de filtrage et moyens d'accorder les fréquences caractéristiques de tels résonateurs sont, entre autres, abordés. Le troisième chapitre traite, ensuite, de la conception du filtre accordable en fréquence dont les résultats de mesure sont également exposés. Le chapitre 4 détaillera, quant à lui, le choix de la stratégie d'accord en fréquence du filtre en vue d'une régulation automatique de la fréquence centrale du filtre autour du gabarit du filtre post-LNA de la chaîne de réception WCDMA pour pallier les déviations fréquentielles dont souffrent les résonateurs BAW. Les résultats de mesure témoignent de la faisabilité de la conception d'un accord en fréquences précis et rapide de filtres à 2GHz. Enfin, le chapitre 5 expose une étude de conception de blocs autonomes générant une fréquence de référence dont les mesures placent ce travail à l'état de l'art de par sa compacité, sa consommation et son bruit de phase compatible à celui requis par la norme GSM.

Cette thèse présente tout d'abord un formalisme matriciel qui permet de représenter les approches DS-CDMA, MC-CDMA et OFDM de manière unifiée. On montre ainsi dans un premier temps que si l'on cherche des séquences d'étalement DS-CDMA qui sont orthogonales et dont l'orthogonalité résiste à une imprécision temporelle d'un élément de la séquence alors, obligatoirement, ces séquences sont les exponentielles complexes de Fourier. Une fois les formes d'ondes exprimées et les récepteurs développés, on s'intéresse aux performances comparées de ces différentes approches sur plusieurs canaux de propagation. Les trois formes d'onde donnent pour un contexte de voie descendante d'un système de radiocommunications des performances très similaires. On a ensuite introduit une nouvelle stratégie DS-CDMA appelée « Waterfilling CDMA ». Nous construisons ainsi une famille de séquences qui prennent en compte les caractéristiques du canal
This thesis presents first of all a matrix formalism that allows representing the DS-CDMA, MC-CDMA and OFDM approaches in a unified way. The formalism allows putting in light several basic results in very quick manner. We show thus if one looks for spreading orthogonal DS-CDMA sequences which stays orthogonal even with a temporal imprecision of one sequence element then, necessarily, these sequences are the complexes exponential of Fourier. Once waves form expressed and the receivers developed. We interested in compared performances of these different approaches on several channels propagation. In final, it appears that, outside material simplifications of a receiver in comparison with the other, the three wave forms give, for a downlink system radio-communications context, very similar performances. The formalism introduced in this thesis allows developing a new strategy of CDMA called in these works "Waterfilling CDMA". It is showed that in the same manner that the cyclic prefix can be used with profit in DS-CDMA, the waterfilling also can be used in this context. Thus we construct a spreading sequences family that take into account the channel characteristics

L'Internet a connu un essor remarquable ces dernières années. Cet essor n'a pas été restreint aux réseaux fixes mais a gagné récemment les réseaux mobiles. Les réseaux sans fil, initialement conçus pour véhiculer exclusivement des services voix, s'adaptent progressivement à ces changements pour transporter des services data. Avec un besoin grandissant pour accéder à ces nouveaux services, proposer des méthodes performantes pour gérer la ressource radio et fournir des garanties de performances aux services data mobiles est désormais d'une importance capitale. L'ordonnancement est l'un des mécanisme clé visant à augmenter l'efficacité du spectre mobile tout en faisant face aux caractéristiques uniques du canal mobile et à une demande croissante pour un accès haut débit à l'Internet mobile. Notre travail s'est concentré sur les politiques d'ordonnancement dites opportunistes qui, utilisant l'information relative à l'état du canal, donnent une sorte de priorité aux utilisateurs ayant un bon état de canal dans le but d'optimiser l'allocation des ressources. Diverses politiques d'ordonnancement opportunistes sont proposées dans le cadre de cette thèse pour les services data des réseaux mobiles de nouvelle génération. Elles sont conçues pour mettre à profit les variations du canal dans le but d'augmenter la capacité globale du système tout en satisfaisant différents critères en terme de qualité de service
The scarce resources in wireless systems compounded by their highly variable and error prone propagation characteristics stress the need for efficient resource management. Scheduling is a key tool to allocate efficiently the radio frequency spectrum. While fading effects have long been combated in wireless networks, primarily devoted to voice calls, they are now seen as an opportunity to increase the capacity of novel wireless networks that incorporate data traffic. For data applications, there is a service flexibility afforded by the delay tolerance of elastic traffic and by their ability to adapt their rate to the variable channel quality. Channel-aware scheduling exploit these characteristics by making use of channel state information to ensure that transmission occurs when radio conditions are most favourable. When users have heterogeneous characteristics and quality of service requirements, channel-aware scheduling becomes a challenging task. In this thesis, channel-aware transmission schemes for supporting downlink non-real time services are proposed and analyzed for novel cellular systems. The proposed schemes are designed for providing various QoS requirements for users while increasing the system global throughput

Dans cette thèse, nous exploitons la flexibilité des systèmes TDMA-CDMA/TDD et les caractéristiques de la technique CDMA. Tout d'abord, nous proposons un algorithme simple générique de contrôle de puissance optimal et nous l'appliquons à différents problèmes de gestion de puissance. Cet algorithme peut être utilisé dans la voie montante, la voie descendante et les intervalles de temps croisés. De plus, nous proposons des améliorations simples au contrôle de puissance standardisé pour l'UMTS qui n'augmentent pas la signalisation. Ces améliorations mènent à une augmentation de la capacité en optimisant la puissance de transmission. D'autre part, nous proposons des méthodes heuristiques et méta-heuristiques qui combinent le contrôle de puissance optimal et l'allocation de intervalle de temps. Ces méthodes peuvent être utilisées pour estimer les bornes supérieures de capacité. Enfin, nous proposons des méthodes d'évitement d'interférences mobile-mobile en utilisant les gains de parcours entre les mobiles et les stations de base. Ces méthodes mènent à une exploitation efficace de la flexibilité des systèmes TDMA-CDMA/TDD en conservant un bas niveau d'interférence.

Depuis le succès croissant des systèmes mobiles au cours des années 1990, les nouvelles technologies sans fil ont été développées afin de répondre à la demande croissante de services multimédias de haute qualité avec des taux d'erreur les plus faibles possibles. Un moyen intéressant pour améliorer les performances et obtenir de meilleurs taux de transmission consiste à combiner l'utilisation de plusieurs diversités avec un accès de multiplexage dans le cadre des systèmes MIMO. L'utilisation de techniques de sur-échantillonnage, d'étalement et de multiplexage, et de diversités supplémentaires conduit à des signaux multidimensionnels, au niveau de la réception, qui satisfont des modèles tensoriels. Cette thèse propose une nouvelle approche tensorielle basée sur un codage spatio-temporel tensoriel (TST) pour les systèmes de communication sans fil MIMO. Les signaux reçus par plusieurs antennes forment un tenseur d'ordre quatre qui satisfait un nouveau modèle tensoriel, modèle PARATUCK-(2,4) (PT-(2,4)). Une analyse de performance est réalisée pour le système TST ainsi que pour un système spatio-temporel-fréquentiel (STF) récemment proposé dans la littérature, avec l'obtention du gain maximum de diversité dans le cas d'un canal à évanouissement plat. Un système de transmission basé sur le codage TST est proposé pour les systèmes MIMO avec plusieurs utilisateurs. Une nouvelle décomposition tensorielle est introduite, appelée PT-(N1,N). Cette thèse établit les conditions d'unicité du modèle PT-(N1,N). À partir de ces résultats, différents récepteurs semi-aveugles sont proposés pour une estimation conjointe des symboles transmis et du canal, pour les systèmes TST et STF
Since the growing success of mobile systems in the 1990s, new wireless technologies have been developed in order to support a growing demand for high-quality multimedia services with low error rates. An interesting way to improve the error performance and to achieve better transmission rates is to combine the use of various diversities and multiplexing access techniques in the MIMO system context. The incorporation of oversampling, spreading and multiplexing operations and additional diversities on wireless systems lead to multidimensional received signals which naturally satisfy tensor models. This thesis proposes a new tensorial approach based on a tensor space-time (TST) coding for MIMO wireless communication systems. The signals received by multiple antennas form a fourth-order tensor that satisfies a new tensor model, referred to as PARATUCK-(2,4) (PT-(2,4)) model. A performance analysis is carried out for the proposed TST system and a recent space-time-frequency (STF) system, which allows to derive expressions for the maximum diversity gain over a at fading channel. An uplink processing based on the TST coding with allocation resources is proposed. A new tensor decomposition is introduced, the so-called PT-(N1,N), which generalizes the standard PT-2 and our PT-(2,4) model. This thesis establishes uniqueness conditions for the PARATUCK-(N1,N) model. From these results, joint symbol and channel estimation is ensured for the TST and STF systems. Semi-blind receivers are proposed based on the well-known Alternating Least Squares algorithm and the Levenberg-Marquardt method, and also a new receiver based on the Kronecker Least Squares (KLS) for both systems

L'objectif de cette thèse est l'étude d'une nouvelle technique d'étalement de spectre, appelée Changement d'Horloge Périodique (CHP), en télécommunication. Cette méthode est basée sur l'utilisation des filtres linéaires périodiques variants dans le temps. Nous avons commencé par présenter la théorie générale des Changements d'Horloge stationnaires sur processus stationnaires, d'étudier les propriétés des Changements d'Horloge Aléatoires avant de passer aux Changements d'Horloge Périodiques. Nous avons ensuite présenté les conditions de mise en oeuvre d'un émetteur/récepteur numérique basé sur la méthode de Changement d'Horloge Périodique et de tester, par simulation, les performances d'un tel système dans le cadre d'un environnement présentant des perturbations et du bruit blanc. Nous avons ainsi présenté différentes méthodes de génération de signaux à CHP, telle que la méthode directe ou modulo. La reconstruction des signaux à la réception a aussi été traitée. Nous avons ainsi étudié les performances d'une reconstruction par moyennage, par filtrage optimal et par une approche basée sur le critère de maximum de vraisemblance. Le cas d'un contexte multi-utilisateurs est particulièrement traité, pour les deux liaisons descendante et montante. Notamment en présence d'un canal présentant des perturbations sous forme de bruit blanc additif gaussien ou d'évanouissements causés par des phénomènes tels que les multitrajets.

Ce travail porte sur l'ordonnancement de tâches interdépendantes en présence de contraintes sur les ressources utilisées et sur les intervalles de temps alloués. Ces modèles sont l'extension de ceux résolus par les méthodes PERT et potentiels au cas où les tâches requièrent des ressources comme des machines ou du personnel. Bien que NP-difficiles, ils sont néanmoins d'un grand intérêt pratique. Ils interviennent en particulier pour la détermination des cycles de fabrication dans les ateliers, pour la gestion de projets, dans le cadre des télécommunications par satellite et plus généralement lors de la mise en place de SIAD. L'analyse bibliographique montre que leur résolution est basée sur des techniques d'optimisation combinatoire telles que les méthodes exactes ou approchées. Nous avons développé une méthode de type « Branch and Bound » avec un parcours SES ou SEP. Les résultats obtenus sont comparés, sur des benchmarks, à ceux de la littérature. Nous avons également testé une nouvelle heuristique qui permet la résolution de problèmes industriels. Ces techniques ont ensuite été appliquées au cas télématique du système européen de télécommunications par satellite utilisant la planification de trafic en AMRT/CNC et destiné à retransmettre les communications téléphoniques intra-européennes. La NP-difficulté de ce problème a été établie. Nous avons implémenté un logiciel graphique interactif comprenant une méthode sérielle dynamique répétitive qui procède par perturbations infinitésimales de la liste lexicographique. Ses performances sont analysées sur les prévisions de trafic des prochaines années. Les techniques développées sont très générales et leur application aux 2 ms d'une trame AMRT souligne leur universalité dans des domaines très variés.

Le but principal des réseaux mesh sans fil (Wireless Mesh Networks-WMNs) est de fournir une dorsale de communication pour un grand nombre d'utilisateurs, car les WMNs doivent supporter un trafic énorme. Dans cette thèse, nous visons la maximisation d'utilisation et la répartition équitable de la bande passante dans les WMNs. Nous considérons deux environnements : WMN utilisant la norme IEEE 802.11 MAC, qui est caractérisée par son déploiement répandu et peu cher, et WMN utilisant les antennes directionnelles, qui représentent une technologie clé pour la réutilisation spatiale dans les réseaux sans fil. Pour les WMMs basés sur IEEE 802.11, nous concevons NICC, un protocole de contrôle de congestion qui reconnaît la congestion comme un problème lié au voisinage, et non pas au lien. NICC gère la congestion par une collaboration entre les nœuds d’un voisinage sans fil. En faisant usage de certains champs sous-exploités dans l'en-tête IEEE 802.11, NICC fournit un retour de congestion implicite et multi-bit. Ceci assure un contrôle précis du trafic sans affecter la bande passante. Pour les WMNs utilisant les antennes directionnelles, nous concevons FreeDMAC, un protocole MAC basé sur la technologie TDMA. FreeDMAC garantit que chaque nœud est conscient de toutes les transmissions dans son voisinage, ce qui évite les problèmes MAC causés par les antennes directionnelles, et ainsi, améliore l'utilisation de la bande passante. En outre, FreeDMAC est capable de fournir deux niveaux d’équité: équité entre les liens et équité entre les flux
The main purpose of Wireless Mesh Networks (WMNs) is to provide a communication backbone for a high number of end-users, thus WMNs have to support heavy traffic load. In this thesis, we intend to maximize utilization and achieve fair allocation of the bandwidth resources in WMNs. We consider two WMN environments: WMN using the IEEE 802.11 MAC standard, which is characterized by its cheap devices and widespread deployment, and WMN using directional antennas, which are emerged as an attractive technology to enhance the spatial reusability in wireless networks. For WMM based on IEEE 802.11, we design NICC, a congestion control scheme that recognizes congestion as neighborhood-related problem, and not a link-based one. Indeed, complex interference among neighboring nodes is the main starvation cause in WMNs. Therefore, NICC handles congestion using mutual cooperation within a wireless neighborhood. NICC makes use of some underexploited fields in the IEEE 802.11frame header in order to provide an implicit multi-bit congestion feedback, and thus ensure accurate rate control without generating overhead, making efficient use of bandwidth. For WMN with directional antennas, we design FreeDMAC, a TDMA-based MAC scheme with contention-free scheduling. FreeDMAC guarantees that each node is aware of all ongoing transmissions in its neighborhood, and thus avoids directional-related problems such as deafness, making efficient use of bandwidth. Moreover, FreeDMAC presents a link-slot assignment that provides two levels of fairness: Per-link and per-flow fairness

La mise en œuvre de systèmes basés OFDMA nécessite une synchronisation de la fréquence très fine en raison de l'extrême sensibilité de l'OFDMA aux décalages en fréquence porteuse (CFO). La synchronisation en fréquence devient plus difficile dans les systèmes OFDMA en liaison montante. Nos objectifs comprennent l'étude et l'analyse des problèmes résultant de décalages de fréquence et la proposition de solutions pour lutter contre ces problèmes. Nous examinons d'abord les interférences résultant de décalages de fréquence porteuse présents dans l'oscillateur du terminal utilisateur. Nous démontrons que l'on doit prendre en compte le préfixe cyclique tout en analysant les interférences résultant du CFO. Ensuite, nous montrons qu'il existe une contradiction entre la diversité de fréquence de canal et la robustesse contre le CFO. Nous proposons un compromis sous la forme d'une taille de bloc de seuil, afin de permettre un bon compromis entre la diversité des canaux et de robustesse pour les CFO pour le cas où aucune connaissances du canal n'est disponible. Quand le canal est connu, nous proposons une allocation optimale par bloc grâce à laquelle la robustesse aux CFO et à la diversité de fréquence de canal peut être réalisée en utilisant une petite taille de bloc petit pour des CFO de petite valeur. Nous proposons également une valeur CFO critique, en dessous de laquelle l'allocation optimal par bloc est très performant.Ensuite, nous proposons des solutions pour deux problèmes importants rencontrés dans un système OFDMA en liaison montante.Premièrement, nous proposons une méthode efficace pour l'estimation conjointe des réponses impulsionnelles des canaux et fréquences porteuses basée sur l'approximation polynomiale.Notre méthode d'estimation conjointe est plus simple que les méthodes existantes, sans aucune dégradation de performance. Ensuite, nous proposons une méthode de compensation de CFO basée sur l'annulation des interférences successives (SIC). La méthode d'annulation proposée réduit la complexité de mise en oeuvre quand le nombre de porteuses est important
One of the most prominent issues in the design and implementation of OFDMA based systems is the need for a very fine frequency synchronization due to the fact that OFDMA, like OFDM, is extremely sensitive to carrier frequency offsets (CFO). The task of frequency synchronization becomes more challenging in the uplink OFDMA-based systems where one OFDMA symbol is generated by the contribution of many different users. Our goals include the study and analysis of problems resulting from frequency mismatches provide solution to combat these problems. We first look at the interference resulting from CFOs, resulting from user terminal oscillator mismatch. We demonstrate that one must take into account the cyclic prefix while analyzing interference resulting from CFO. A new analytical expression of the ICI that takes into account the effect of CFO on the cyclic prefix is proposed. Then we focus our attention on analysis of the trade-off between channel frequency diversity and robustness against CFO and show that there exists a contradiction between the two. We propose a trade-off in the form of a Threshold blocksize, to allow a good compromise between the channel diversity and robustness for CFO for the case when no CSI is available. For system where CSI is available, we propose an optimal block carrier allocation scheme through which both robustness to CFO and channel frequency diversity can be achieved with small blocksize for small CFO. We also propose a Critical CFO value, above which the performance of the optimal block carrier allocation loses interest.Next we propose solutions for two important issues encountered in an uplink OFDMA system. First, we propose an efficient method for joint estimation of channel impulse responses and carrier frequency at the receiver based on polynomial approximation. Our proposed joint estimation method is simpler than the existing methods without any performance degradation. Next we propose a CFO compensation method based on successive interference cancellation. The proposed cancellation method reduces the implementation complexity faced in case of large DFT matrices

Les travaux présentés dans cette thèse se situent dans le cadre de la transmission OFDM appliqué au contexte Ultra Large Bande (UWB). L’objectif principal va être l’estimation du canal de propagation et la conception de récepteurs en prenant en compte la connaissance non idéale du canal. On propose d’abord une approche semi-aveugle d’estimation du canal qui bénéficie de la parcimonie du canal UWB dans le domaine des ondelettes pour réduire le nombre de paramètre à estimer. Ensuite, on propose des structures de réception itérative où la conception du détecteur prend en compte la présence des erreurs d’estimation de canal. La détection au sens maximum de vraisemblance (MV) est améliorée en modifiant sa métrique de détection pour le cas où le canal est estimé de manière imparfaite. La métrique MV améliorée ainsi obtenue nous permet de remettre en question le schéma de détection de type turbo MAP dans un contexte BICM et l’adapter à la connaissance imparfaite du canal. De plus, on dérive les débits de coupure atteignables (achievable outage rates) avec le détecteur MV améliorée ou un détecteur MV désadapté (utilisant les estimés de canal comme s’il s’agissait des vraies) qu’on comparera avec un détecteur théorique défini comme étant le meilleur récepteur possible en présence d’erreurs d’estimation de canal. Enfin, un récepteur itératif à complexité réduite basé sur un filtrage MMSE et l’annulation parallèle d’interférence (turbo-PIC) est introduit et ensuite adapté à la connaissance imparfaite du canal. Il est important de souligner que les améliorations proposées dans cette thèse n’impliquent pas une augmentation sensible de la complexité au niveau du récepteur
The aim of this thesis is to study the problem of iterative data detection in an ultra wideband (UWB) OFDM system, where the receiver disposes only of an imperfect (and possibly poor) estimate of the unknown channel parameters. First, we propose an efficient receiver jointly estimating the channel and the transmitted symbols in an iterative manner. This receiver is based on a wavelet representation of the unknown channel and exploits the sparseness property of UWB channels in the wavelet domain to reduce the receiver’s computational complexity. Second, we rely on the statistics characterizing the quality of the channel estimation as a mean to integrate the imperfect channel knowledge into the design of iterative receivers. In this way, we formulate an improved maximum likelihood (ML) detection metric taking into account the presence of channel estimation errors. A modified iterative MAP detector is derived by an appropriate use of this metric. The results are compared to those obtained by using the classical mismatched ML detector, which uses the channel estimate as if it was the perfect channel. Furthermore, we calculate the achieved throughputs associated to both improved and mismatched ML detectors, in terms of achievable outage rates. Finally, we propose an improved low-complexity iterative detector based on soft parallel interference cancellation and linear MMSE filtering where we takes into account the presence of channel estimation errors in the formulation of the detector. The important point is that the performance improvements reported in this thesis are obtained while imposing practically no additional complexity to the receiver

Les réseaux mesh sans fil (Wireless Mesh Networks-WMNs) sont des réseaux facilement déployables et à faible coût qui peuvent étendre l’Internet dans des zones où les autres réseaux peuvent difficilement accéder. Cependant, plusieurs problèmes de qualité de service (QoS) et de sécurité freinent le déploiement à grande échelle des WMNs. Dans cette thèse, nous proposons un modèle de contrôle d’admission (CA) et un système de réputation afin d’améliorer les performances du réseau mesh et de le protéger des nœuds malveillants. Notre système de CA vise à assurer la QoS des flux admis dans le réseau en termes de bande passante et de délai tout en maximisant l’utilisation de la capacité du canal. L’idée de notre solution est d’associer au contrôle d’admission une planification de liens afin d’augmenter la bande passante disponible. Nous proposons également un système de réputation ayant pour but de détecter les nœuds malveillants et de limiter les fausses alertes induites par la perte de paquets sur les liens du réseau. L’idée de notre solution est d’utiliser des tests statistiques comparant la perte de paquets sur les liens avec un modèle de perte préétabli. De plus, il comprend un système de surveillance composé de plusieurs modules lui permettant détecter un grand nombre d’attaques. Notre CA et notre système de réputation ont été validés, les résultats montrent qu’ils atteignent tous deux leurs objectifs
Wireless mesh networks (WMNs) are a very attractive new field of research. They are low cost, easily deployed and high performance solution to last mile broadband Internet access. However, they have to deal with security and quality of service issues which prevent them from being largely deployed. In order to overcome these problems, we propose in this thesis two solutions: an admission control with links scheduling and a reputation system which detects bad nodes. These solutions have been devised in order to further merge into a secure admission control. Our admission control schedules dynamically the network’s links each time a new flow is accepted in the network. Its goal is to accept only flows which constraints in terms of delay and bandwidth can be respected, increase the network capacity and decrease the packet loss. Our reputation system aims at assigning each node of the network a reputation which value reflects the real behavior of the node. To reach this goal this reputation system is made of a monitoring tool which can watch many types of attacks and consider the packet loss of the network. The evaluations of our solutions show that they both meet their objectives in terms of quality of service and security

Pour les organismes nationaux et/ou internationaux, disposer d'un moyen de communication flexible et rapidement déployable sur une zone de service étendue représente un enjeu majeur. Pour assurer la sécurité des personnes dans des zones parfois difficiles d'accès, il est également important de posséder une infrastructure de communication qui fonctionne même en présence de brouilleurs. Un système satellite disposant d'une antenne réseau à rayonnement direct (DRA) associée à un formateur de faisceaux numérique (DBFN) et à un algorithme d'allocation de la ressource temps-fréquence-position permet d'atteindre ces objectifs, en réalisant un accès multiple à répartition spatiale (SDMA). Le SDMA est le couplage d'une allocation flexible de la ressource et de la formation de faisceaux adaptative. Compte tenu des contraintes spatiales, l'utilisation de traitements à faible complexité et faible support d'entraînement est nécessaire pour la mise en place d'une stratégie SDMA afin de permettre une utilisation efficace de la ressource en fréquence. Les conditions d'utilisation de tels algorithmes de formation de faisceaux requis dans le SDMA sont déterminées en fonction du contexte opérationnel rencontré. La quantification des bénéfices apportés par le SDMA montre qu'en temps de paix l'efficacité spectrale, et donc le débit des liens sont augmentés, et qu'en présence de brouilleurs, le maintien d'une partie des communications est réalisé.

Cette thèse s'inscrit dans le cadre des systèmes de radiocommunications numériques cellulaires à accès multiple à répartition par codes, CDMA, basé sur la technique d'étalement de spectre. Les ordres de grandeur sont ceux de la liaison descendante du prochain système de 3ème génération de téléphonie mobile, UMTS, dans sa version TDD. Après une description détaillée du contexte, nous dérivons les traitements linéaires optimaux "théoriques" de réception multi-capteur multi-utilisateur opérant symbole par symbole sur le mobile, pour des canaux sélectifs. Ceci à partir d'une représentation en fréquence proposée, et en insistant sur les aspects interprétations. L'application au calcul de performances pour divers modèles d'environnement de l'UMTS mesure l'apport d'une réception sur 2 ou 3 éléments pour lutter efficacement contre les phénomènes duaux d'interférence et d'évanouissement apportés par le canal, de même que le bénéfi ce de la détection conjointe "multi-utilisateur". La dernière partie, plus pragmatique, étudie les structures numériques de réalisation pour essayer de trouve les bons compromis performances/complexité. Nous comparons d'abord la structure linéaire "libre" avec une structure imposée approximant à durée finie la solution linéaire "théorique", et dégageons les caractéristiques souhaitables pour de nouvelles structures "intermédiaires" que nous proposons et étudions à la suite. Enfin nous illustrons le comportement adaptatif de ces structures en environnement "véhicule".

L'objectif de ce travail est d'étudier les performances d'un système radio impulsionnel à bande ultra large transposé dans la bande millimétrique pour des réseaux ad hoc. Les contraintes imposées sont la simplicité des architectures, la souplesse d'utilisation et l'asynchronisme des utilisateurs. Dans un premier temps, nous procédons à une modélisation statistique du canal à partir de mesures effectuées à l'IEMN dans la bande 57-59 GHz. L'étude du canal se décompose en deux parties. La première concerne l'étude de la puissance reçue en environnement ad hoc. La deuxième se focalise sur l'effet des trajets réfléchis. Nous proposons ensuite un algorithme de simulation du canal et du système UWB choisi afin de déterminer les performances du système en terme de taux d'erreurs binaires et de probabilité d'erreur par paquet. Un des facteurs limitant les performances est l'interférence d'accès multiples (MAI). Nous effectuons une étude sur la nature de ces interférences. Trois techniques d'estimation sont proposées pour modéliser leur densité de probabilité. La première est une estimation non paramétrique par la méthode du noyau. La seconde est la distribution gaussienne généralisée et la dernière est la distribution a-stable. Les performances des trois approches ainsi que l'impact des conditions matérielles et réseaux sur le MAI sont présentées. Ensuite, en utilisant une démonstration analytique, nous montrons que la modélisation du MAI par la distribution a-stable dans le cas des réseaux ad hoc est tout à fait adaptée. Enfin, nous concluons que le récepteur gaussien n'est pas optimal. S'il est difficile d'envisager la mise en œuvre d'un récepteur optimal car nous n'avons pas d'expression analytique exacte pour la densité de probabilité du MAI, un récepteur Cauchy s'avère nettement plus performant que le récepteur gaussien.

L'étalement de spectre par séquence directe occupe une place prépondérante dans les systèmes de télécommunication utilisant la technique d'accès multiple par répartition de code : ce sont les systèmes dits de troisième génération (3G). En effet, ces systèmes permettent des trafics de données diverses à très hauts débits et l'accès simultané d'un très grand nombre d'utilisateurs. Dans le cadre de la surveillance du spectre radio fréquence, se posent alors les problèmes de la différenciation de ces systèmes et de la reconnaissance automatique des signaux à spectre étalé par séquence directe, sans connaissance a priori sur les systèmes de transmission. C'est dans ce contexte dit non coopératif que se situe le cadre de ce travail. La première phase de l'identification est la détection multi-utilisateurs aveugle des signaux à spectre étalé interférents. Nous avons montré que ces signaux peuvent être détectés grâce à leur effet sur les fluctuations d'estimateurs statistiques. Cette méthode permet également d'estimer les périodes symboles et ainsi d'isoler les groupes de signaux transmis au même débit (c'est-à-dire, les différents systèmes). La seconde phase est la synchronisation dans chaque groupe. Elle consiste à affiner la période symbole obtenue lors de la première phase et, pour chaque signal du groupe, à évaluer de manière précise le début du premier symbole. Nous avons d'abord étendu au cas multi-utilisateurs la technique consistant à maximiser la norme carrée de la matrice de covariance du signal intercepté. La courbe de synchronisation obtenue présente alors des pics, dont le nombre correspond au nombre d'utilisateurs interférents. Toutefois, nous avons montré que certains de ces pics pouvaient être masqués. Partant de ce constat, nous avons développé une méthode originale de synchronisation consistant à maximiser les valeurs propres prépondérantes de la matrice de covariance. Une étude théorique des performances de ces deux techniques, après la synchronisation, prouve la robustesse de la nouvelle méthode. Enfin, une fois les signaux synchronisés, nous avons présenté une méthode d'estimation des séquences d'étalement utilisées à l'émission ainsi que des symboles transmis. Les performances simulées, en terme de taux d'erreurs chip et binaire moyens, confirment les résultats théoriques.

Theoretical studies of communication links employing multiple transmit and receive antennas, also known as multiple-input multiple-output (MIMO), have shown great potential for providing highly spectrally efficient wireless transmissions. The early investigations focused almost entirely on flat fading channels. To consider frequency selective channel one efficient method in high rate wireless systems is Orthogonal Frequency-Division Multiplexing (OFDM). MIMO-OFDM combines OFDM and MIMO techniques thereby achieving spectral efficiency and increased throughput. However, because of using Discrete Fourier Transform (DFT), an OFDM system is very sensitive to carrier frequency offset (CFO), which introduces inter-carrier interference. Accurate frequency synchronization is thus essential for reliable reception of the transmitted data. On the other hand, incorrect positioning of the DFT window within an OFDM word reintro­duces ISI during data demodulation, causing serious performance degradation. This dissertation deals with MIMO-OFDM synchronization. To this aim, several synchronization algorithms are studied in this manuscript and a new Maximum-Likelihood (ML) joint time-frequency MIMO-OFDM synchronization algorithm together with channel estimation is presented. Moreover, an iterative Expectation-Maximization (EM) time-frequency synchronization algorithm is introduced and at the end the problem of synchronization in MIMO-OFDMA systems is considered
La technique multi-antenne dans les systèmes de communication numérique (MIMO) sans fil augmente considérablement la capacité du canal de propagation. Les premières études se sont concentrées sur les canaux non-sélectifs en fréquence. Afin de combattre l'effet multi trajet des canaux radio-mobile, la modulation OFDM a été proposée depuis quelques années. La combinaison d'OFDM avec MIMO ouvre la porte vers des communications hauts débits. Cependant, un système OFDM est très sensible à une erreur de fréquence porteuse qui détruit l'orthogonalité entre les porteuses. Cet effet va dégrader radicalement la performance du système. Les recherches rapportées dans ce mémoire aborde le problème de la synchronisation fréquentielle et temporelle ainsi que l'estimation du canal MIMO des systèmes MIMO-OFDM. Après avoir dressé l'état de l'art de la problématique correspondante, de nouveaux algorithmes basés sur l’algorithme de maximisation de vraisemblance et l'algorithme d'espérance et maximisation (EM), ont été proposés, puis simulés. Les résultats obtenus ont été comparés avec ceux de la littérature en terme de performance et de complexité. A la fin de ce mémoire le problème de la synchronisation dans les systèmes MIMO-OFDMA est étudié et un algorithme original est proposé

Le domaine de la télésurveillance a connu un grand essor ces dernières décennies et concerne divers contextes par exemple en milieu hospitalier, en maison de retraite, chez les particuliers. La majorité des systèmes de télésurveillance existants aujourd’hui reposent sur la technologie des radiofréquences (RF). Nous proposons dans cette thèse, des travaux portant sur la télésurveillance dans un contexte nouveau qui concerne une crèche. Les RF présentant certains inconvénients, comme l’impact des interférences électromagnétiques, mais aussi des failles de sécurité, une solution alternative est la technologie de communication par optique sans fil. Ainsi, nous avons étudié l'utilisation de la technologie infrarouge pour la transmission simultanée de données issues de capteurs placés sur les pieds des lits de bébé mais aussi sur les bébés couchés dans leur lit au sein de la crèche. Le système de réception est constitué de photodiodes situées aux coins d'un panneau d'éclairage central au plafond de l'environnement. La simulation du canal réalisée grâce à la technique de lancer de rayons associés à la méthode de Monte-Carlo a permis de déterminer le gain du canal pour chaque dispositif. Plusieurs scénarios de déploiement ont été définis en considérant le caractère amovible ou fixe des dispositifs et l’interchangeabilité des lits dans la pièce. Le partage du canal utilise la technique d’accès multiple par répartition de codes (OCDMA) associée aux codes optiques orthogonaux (OOC) dont la principale limitation est l’interférence d’accès multiple (IAM). Les performances de la modulation binaire par position d’impulsion (2-PPM) avec OCDMA et un décodage souple en réception ont été établies théoriquement et par simulation pour les différents scénarios définis considérant un réseau de 11 utilisateurs constitué de 8 lits et 3 dispositifs portés par des bébés. Les résultats ont été obtenus avec des récepteurs conventionnels par corrélation sans et avec limiteur puis un récepteur à annulation parallèle d’interférence plus efficace pour réduire l’impact de l’IAM. De plus, la faisabilité de l’utilisation de la technique OCDMA pour la transmission simultanée en optique sans fil a été mise en évidence par des expérimentations menées grâce à un banc de test développé en radio logicielle. Le banc a été mis en place, en utilisant des USRP (Universal Software Radio Peripheral) et des front-ends optique sans fil développés spécifiquement
The field of the remote monitoring has experienced significant advancements in recent decades, and now covers different contexts, such as hospitals, retirement homes, and private homes also. The majority of existing systems are based on radio frequency technology (RF).We propose in this thesis, research focused on remote monitoring in a new context involving a nursery. Given the limitations of RF technology, including the impact of electromagnetic interference, and security vulnerabilities, an alternative solution is optical wireless communication technology. Therefore, we investigated the use of infrared technology for simultaneous transmission of data collected from sensors placed on the foot of baby beds, and also on the babies themselves lying in their beds within the nursery. The reception system consists of photodiodes positioned at the corners of a central lighting panel on the celling. The channel simulation carried out using ray-tracing and Monte-Carlo methods was used to determine the channel gain for each device. Several deployment scenarios were defined, considering the nature of the devices (removable or fixed) and the interchangeability of beds in the room. The channel sharing employs the code division multiple access (OCDMA) associated with the optical orthogonal codes (OOC) with the primary constraint being the137 multiple access interference (MAI). The performance of binary pulse position modulation (2- PPM) with OCDMA and soft decoding in reception was studied theoretically and by simulation involving the different scenarios. These scenarios consider a network of 11 users, consisting of 8 beds and 3 devices carried by babies. Results were obtained using the conventional correlation receiver without and with hard limiters, as well as a parallel interference cancellation receiver to reduce the impact of MAI. Additionally, the feasibility of implementing OCDMA technology for simultaneous optical wireless communication transmission was demonstrated through experimental work using a test bench developed in software-defined radio. The test bench was established using universal software radio peripheral (USRP), and specially designed wireless optical front-ends

Les réseaux sans fil multi-sauts ad hoc et les réseaux de capteurs présentent une solution prometteuse pour assurer une connectivité quasi-permanente dans l'Internet du Futur. Cette connectivité, néanmoins, nécessite la conception d'un protocole d'accès au canal radio fiable, ce qui défi les caractéristiques hostiles et instables des réseaux ad hoc et des réseaux de capteurs. Cet environnement, en effet, est caractérisé par la rareté des ressources radio disponibles, la perte de la bande passante due aux collisions et aux interférences. La nécessité de garantir une meilleure qualité de service aux couches applicatives a promu la conception des protocoles MAC basés sur la technique d'accès TDMA. Essayant de contourner la contrainte d’une fine synchronisation horloge imposée par ce type de protocoles, les recherches se sont orientées vers une conception de protocoles MAC basés sur la technique TDMA dont la taille de la trame est fixe. Cependant, cette conception présente deux principaux inconvénients: d'une part elle procure une inflexibilité quant à la variation de la topologie du réseau suite aux mouvements des nœuds. D'une autre part, elle soulève un problème de dimensionnement : si la taille de la trame est surdimensionnée par rapport au nombre de nœuds présents dans le réseau, des slots non alloués apparaissent induisant la perte de la bande passante. Toutefois, si la taille de la trame est sous-dimensionnée, un risque de famine surgit. Les protocoles MAC basés sur la technique TDMA à taille de trame dynamique présentent une alternative, qui réussit à augmenter le débit au détriment d’une non-équité entre les nœuds dans le réseau. Outre l'utilisation optimale et équitable de la bande passante disponible, la réduction de la consommation d'énergie constitue un autre défi majeur pour les réseaux ad hoc et les réseaux de capteurs. Dans ce travail, deux contributions nommées OSTR et S-OSTR, sont conçues pour améliorer le débit, l'équité et la réduction de la consommation d'énergie dans l'environnement des réseaux ad hoc et des réseaux de capteurs. L'idée motrice d'OSTR consiste à augmenter la taille de la trame TDMA dynamiquement de manière à aboutir à une taille de trame réduite. Dans ce but, OSTR met en place une augmentation à la demande de la taille de la trame. Cette augmentation est établie slot par slot. OSTR se base sur une réutilisation spatiale des times slots ; i.e. un même slot peut être utilisé au même moment par plusieurs nœuds dans le réseau. Afin de prévenir les collisions dues à la coexistence de plusieurs tailles de trames au même temps dans le réseau, OSTR déploie une solution coopérative qui consiste à fixer un rendez-vous au moment duquel la taille de la trame est augmentée simultanément par tous les nœuds dans le réseau. S-OSTR constitue une adaptation du protocole OSTR à l'environnement des réseaux de capteurs. S-OSTR vise à augmenter la durée de vie du réseau. Il déploie ainsi une période d'activité dynamique qui consiste en une trame TDMA augmentant slot-par-slot. S-OSTR effectue également un ordonnancement des activités des nœuds afin de prolonger la période d'inactivité, et par suite prolonger la durée de vie du réseau. Nos deux contributions se basent sur une nouvelle technique d'augmentation dynamique de la taille de la trame TDMA qui consiste à augmenter la taille slot-par-slot. Cette technique permet d'atteindre une taille réduite, et par conséquent d’améliorer l'utilisation de la bande passante et de minimiser la consommation de l'énergie dans le réseau. L'analyse des performances d'OSTR et de S-OSTR souligne leurs potentiels pour s'adapter aux exigences des applications en termes de QoS, pour assurer un accès équitable au canal radio, pour réduire la consommation de l'énergie et pour s'adapter aux différents changements de la topologie du réseau
Wireless multi-hop ad hoc and sensor networks provide a promising solution to ensure ubiquitous connectivity for the Future Internet. Good network connectivity requires designing a reliable Medium Access Control (MAC) protocol, which is a challenging task in the ad hoc and sensor environments. The broadcast and shared nature of the wireless channel renders the bandwidth resources limited and expose the transmissions to relatively high collisions and loss rates. The necessity to provide guaranteed Quality of Service (QoS) to the upper layers triggered the design of conflict-free MAC protocols. The TDMA synchronization constraint is basically behind the rush of MAC protocol design based on a fixed frame size. This design shows inflexibility towards network variations and creates a network dimensioning issue that leads to a famine risk in case the network is under-dimensioned, and to a waste of resources, otherwise. Moreover, the alternative dynamic protocols provide more adaptive solutions to network topology variations at the expense of a fair access to the channel. Alongside with the efficient channel usage and the fair medium access, reducing the energy consumption represents another challenge for ad hoc and sensor networks. Solutions like node activity scheduling tend to increase the network lifetime while fulfilling the application requirements in terms of throughput and delay, for instance. Our contributions, named OSTR and S-OSTR, address the shortcomings of the medium access control protocol design in the challenging environment of wireless multi-hop ad hoc and sensor networks, respectively. For OSTR the idea consists in adopting a dynamic TDMA frame size that increases slot-by-slot according to the nodes arrival/departure to/from the network, and aiming to achieve a minimum frame size. For this end, OSTR couples three major attributes: (1) performing slot-by-slot frame size increase, (2) providing a spatial reuse scheme that favors the reuse of the same slot if possible, (3) and ensuring an on-demand frame size increase only according to the node requirements in terms of throughput. To tackle different frame sizes co-existence in the network, OSTR brings a cooperative solution that consists in fixing an appointment, a date when the frame size in the network is increased. Concerning S-OSTR, it is an amendment of OSTR for wireless sensor networks. It brings the idea of a dynamic active period, since it deploys a dynamic frame size that is built slot-by-slot according to nodes arrival to the network. S-OSTR enforces the slot-by-slot frame size increase by a node activity scheduling to prolong the inactivity period in the network, and hence prolong the overall network lifetime for wireless sensor networks. Our contributions are both based on the new dynamic TDMA frame size increase that consists in increasing the frame size slot-by-slot aiming to achieve a shorter frame size, and hence improve the channel utilization, and reduce the energy consumption. The performance analysis of OSTR and S-OSTR shows that they present good potentials to support QoS requirements, to provide energy-efficiency, to ensure fair medium access, to accommodate network topology changes and finally, to enhance robustness against scalability. The impact of this new TDMA frame size increase technique on the medium access control protocol performance is highlighted through multiple simulations of OSTR and S-OSTR. Multiple comparative studies are also handled to point out the effectiveness of this new technique and the soundness of our contributions

Un système de communication sans fil MIMO-CDMA combine l'utilisation de plusieurs antennes (au niveau de la station de base et/ou des usagers), avec la technique d'accès multiple à répartition par codes. Afin de tirer profit des avantages de cette combinaison, la conception d'un algorithme efficace qui permet l'allocation des ressources devient une tache indispensable. Ce travail propose deux algorithmes d'ordonnancement permettant d'allouer les ressources réseau aux différents usagers dans les systèmes MIMO-CDMA. Vu que le problème d'ordonnancement est dans ce cas NP-difficile, nous avons adopté une approche basée sur la théorie des graphes. Ainsi, nous avons obtenu le bon compromis entre performances et complexité algorithmique. Les simulations présentées démontrent l'efficacité des algorithmes proposés. Ces derniers donnent des résultats très proches de l'optimal tout en réduisant largement la complexité de l'algorithme exacte. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Algorithmes d'ordonnancement, Théorie des graphes, Systèmes de communication sans fil MIMO-CDMA, Simulation des réseaux.