Academic literature on the topic 'Estimation de la fréquence et du phaseur'

La qualité des statistiques des précipitations, notamment les courbes Intensité-Durée-Fréquence, dépend étroitement de la fiabilité des données disponibles. Or, il a été montré que la plupart des séries temporelles provenant de pluviomètres à augets basculants ont une fréquence effective de mesure inférieure à celle assumée. Cette question est particulièrement importante pour l'hydrologie urbaine qui doit prendre en compte les fluctuations hautes fréquences des précipitations. Des études préliminaires ont montré que le nombre d'inondations estimé à l’aide de données à basse fréquence temporelle était plus faible que celui obtenu à l’aide des données à haute fréquence temporelle. Le déficit en données à haute fréquence peut conduire à d’apparentes ruptures des lois d’échelle, ce qui complique inutilement et notoirement la modélisation des précipitations. Il est donc indispensable de quantifier la qualité des données avant de les utiliser. Nous présentons une procédure SERQUAL qui permet de répondre à cette question et nous utilisons cette procédure SERQUAL pour sélectionner les sous-séries ayant les qualités requises pour des analyses à haute résolution. L’approche multifractale est alors appliquée sur les données sélectionnées pour caractériser la structure temporelle et le comportement extrême de la pluie. Cet article présente ainsi une estimation fiable des paramètres multifractaux de la pluie à haute résolution de cinq minutes pour les départements français de l’Isère (38), des Yvelines (78), du Var (83) et du Val-de-Marne (94). Ces paramètres peuvent être utilisés pour caler ou valider des modèles statistiques ou stochastiques. D’autre part, l’évolution des caractéristiques multifractales peut être aussi utilisée pour évaluer des conséquences hydrologiques du changement climatique. Les résultats obtenus montrent que l’influence du changement climatique n’est pas perceptible sur les précipitations pour les périodes étudiées en région Ile-de-France.

Introduction Les taux d’obésité chez les jeunes ne cessent d’augmenter au Canada. Dans cette étude, nous avons réalisé des estimations conservatrices des calories excédentaires susceptibles de découler de la consommation d’alcool en fonction des habitudes de consommation courantes chez les jeunes Canadiens, afin de déterminer si la consommation d’alcool devrait être prise en compte dans les futures stratégies de prévention de l’obésité. Méthodologie Des données portant sur 10 144 élèves de 12e année ayant participé à l’étude COMPASS (2013-2014) ont été utilisées pour estimer l’apport calorique annuel provenant de la consommation d’alcool. Pour effectuer nos estimations, nous avons classé les boissons alcoolisées en trois catégories, en fonction de leur teneur moyenne en calories (coolers à base de vodka; bière 5 %; bière 4 %, vin et spiritueux) et de la fréquence de consommation et d'abus occasionnel d’alcool (ou hyperalcoolisation rapide). Résultats Les résultats ont indiqué un apport calorique potentiel élevé chez les élèves qui s’adonnaient aux abus occasionnels d’alcool, ainsi qu’une forte variabilité dans les estimations de l’apport calorique en fonction des habitudes de consommation courantes associées aux différents types de boisson. Par exemple, 27,2 % des élèves s’adonnaient à un abus occasionnel d’alcool une fois par mois, ce qui représente une consommation de 6 000 à 13 200 calories par année (soit 0,78 à 1,71 kg de gras). Pour les 4,9 % d’élèves qui s’adonnaient à un abus occasionnel d’alcool deux fois par semaine, le nombre de calories consommées en une année se situerait entre 52 000 et 114 400 (soit 6,74 à 14,83 kg de gras). Conclusion Les recommandations en vigueur pour la prévention de l’obésité chez les jeunes ne tiennent généralement pas compte de la consommation d’alcool. Étant donné à la fois les taux élevés de consommation d’alcool et d'abus occasionnels d’alcool fréquents chez les jeunes mis en lumière dans cette étude et la grande quantité de calories que contiennent les boissons alcoolisées, tenir compte de la consommation d’alcool dans les efforts de prévention de l’obésité chez les jeunes serait pertinent.

L’estimation locale des pluies extrêmes et de leur période de retour est souvent peu précise du fait de données peu nombreuses. Le regroupement de données d’une même région permet souvent d’améliorer la précision de cette estimation. Cet article propose une approche régionale pour l’estimation des pluies journalières de fréquence rare, pour le bassin hydrographique du Cheliff (nord-ouest de l´Algérie). La première étape consiste à définir et à valider les régions homogènes de la zone d’étude. Le test d'homogénéité est basé sur la statistique H, qui compare les rapports des L-moments calculés localement à chaque station à leur moyenne sur la région considérée. La deuxième étape consiste à identifier la distribution régionale et à estimer ses paramètres par analyse du diagramme des L-moments et/ou calcul de la statistique Zdist, qui compare les rapports des L-moments régionaux à ceux de la distribution candidate. La loi GEV (« General Extreme Value »), qui a été utilisée dans plusieurs études antérieures de régionalisation des précipitations extrêmes, a été identifiée comme distribution régionale adéquate. Les paramètres de la GEV ont été calculés à l’aide de la définition des L-CV, L-CS et L-CK régionaux. La troisième étape consiste à déterminer localement les quantiles de pluie associés aux différentes périodes de retour, par multiplication du L-coefficient de variation régionale L-CV par la moyenne des précipitations journalières maximales annuelles observées au site considéré. Les pluies calculées par cette méthode, qui peut être appliquée à toute station de la zone étudiée, peuvent être significativement différentes de celles calculées par ajustement local. Les valeurs de l’erreur quadratique moyenne entre les quantiles calculés par approche régionale ou locale sont égales à 10 % pour la pluie journalière maximale annuelle décennale, et à 35 % pour la pluie journalière maximale annuelle centennale. Cette erreur diminue quand la longueur de la série locale augmente, ce qui suggère que l’approche régionale consolide effectivement l’estimation des quantiles de pluie.

Les modélisations régionales proposées sur les modules annuels et les débits moyens d'étiage des sous-bassins de la Moselle française devraient contribuer à l'amélioration des connaissances sur le fonctionnement physique actuel des hydrosystèmes. Elles s'inscrivent dans le contexte des directives de la loi Pêche et de la loi sur l'Eau et plus récemment de la Directive Cadre Européenne. Quarante neuf sous-bassins répartis en trois jeux ont permis de caler et valider un modèle régional des modules annuels et un modèle régional d'étiage. Dans le cas du bassin hydrographique de la Moselle française une certaine dépendance existe entre modèles régionaux dont la loi statistique choisie est la loi de Weibull à 2 paramètres. Une pseudo-dépendance est observée entre la loi régionale des modules annuels et la loi régionale des débits moyens d'étiage pour les années moyennes à sèches. Cette propriété va permettre en particulier l'usage d'une procédure simplifiée commune, établie à partir de la connaissance de jaugeages épisodiques d'étiage, pour l'estimation des descripteurs de débit d'un sous-bassin non observé : le module médian /qa et le débit quotidien minimal médian /vcnd=1. Pour le modèle régional d'étiage un deuxième descripteur local est nécessaire. Il s'agit d'un temps caractéristique d'étiage du sous-bassin ∆e (j) permettant de généraliser le modèle à toute durée d. Le concept débit-durée-fréquence QdF appliqué aux étiages exploite la convergence observée des distributions de différentes durées d et est indépendant de la loi fréquentielle choisie. Le caractère opérationnel de ces modélisations régionales dépend essentiellement de la précision d'estimation des descripteurs de débit du sous-bassin étudié /qa, pour les modules annuels et /vcnd=1 pour les étiages. Ces descripteurs de débit ont été estimés selon deux approches : l'approche classique par régression multiple et selon une approche simple de recherche d'un coefficient de tendance k entre jaugeages épisodiques d'étiage concomitants au sous-bassin étudié (pas ou peu d'observations) et au sous-bassin de référence (chronique de débit continue). Pour cela, un choix de cinq jaugeages d'étiage par an sur les douze dernières années en moyenne a été fait. Le descripteur de débit du sous-bassin étudié est ensuite déduit du produit de k par le descripteur de débit du sous-bassin de référence. Pour /vcnd=1, sb. étudié nous observons dans la majorité des cas une nette amélioration de l'estimation obtenue par régression, notamment une forte réduction des écarts les plus importants. Une similitude des classes de superficie entre sous-bassin étudié et sous-bassin de référence n'est pas exigée. La proximité géographique des sous-bassins semble donner de meilleurs résultats. En ce qui concerne le module médian /qasb. étudié, son estimation par régression multiple est assez performante. Parallèlement à cela, le coefficient k de tendance permet, de même que pour, une estimation cohérente de /qasb. étudié. Ce résultat un peu inattendu laisse supposer que la pseudo-dépendance observée entre modèles régionaux a bien une réalité physique. Nous avons insisté sur cette démarche "de régionalisation" nécessitant un faible investissement en mesures de débit des sous-bassins non observés par rapport au réseau national de suivi hydrométrique. Elle se présente à notre avis comme une alternative (ou complémentarité) intéressante aux méthodes de régionalisation à bases géostatistiques : telles que l'identification du voisinage hydrologique homogène du sous-bassin étudié ou encore la prise en compte de l'effet structurant du réseau hydrographique dans la cartographie du descripteur de débit. L'ensemble des connaissances relative à cette recherche est repris dans un Système d'Information Géographique pour répondre éventuellement à la demande.

The standard Monte Carlo estimations of rare events probabilities suffer from too much computational time. To make estimations faster, kernel-based estimators proved to be more efficient for binary systems whilst appearing to be more suitable in situations where the probability density function of the samples is unknown. We propose a kernel-based Bit Error Probability (BEP) estimator for coded M-ary Quadrature Amplitude Modulation (QAM) systems. We defined soft real bits upon which an Epanechnikov kernel-based estimator is designed. Simulation results showed, compared to the standard Monte Carlo simulation technique, accurate, reliable and efficient BEP estimates for 4-QAM and 16-QAM symbols transmissions over the additive white Gaussian noise channel and over a frequency-selective Rayleigh fading channel. Les estimations de probabilités d'événements rares par la méthode de Monte Carlo classique souffrent de trop de temps de calculs. Des estimateurs à noyau se sont montrés plus efficaces sur des systèmes binaires en même temps qu'ils paraissent mieux adaptés aux situations où la fonction de densité de probabilité est inconnue. Nous proposons un estimateur de Probabilité d'Erreur Bit (PEB) à noyau pour les systèmes M-aires codés de Modulations d'Amplitude en Quadrature (MAQ). Nous avons défini des bits souples à valeurs réelles à partir desquels un estimateur à noyau d'Epanechnikov est conçu. Les simulations ont montré, par rapport à la méthode Monte Carlo, des estimées de PEB précises, fiables et efficaces pour des transmissions MAQ-4 et MAQ-16 sur canaux à bruit additif blanc Gaussien et à évanouïssements de Rayleigh sélectif en fréquence.

Si les drones militaires connaissent un développement important depuis une quinzaine d’année, suivi depuis quelques années par les drones civiles dont les usages ne font que se multiplier, en réalité les drones ont un siècle avec le premier vol d’un avion équipé d’un système de pilotage automatique sur une centaine de kilomètre en 1918. La question des règles d’usage des drones civiles sont en cours de développement malgré leur multiplication pour des usages allant de l’agriculture, à l’observation en passant par la livraison de colis. Ainsi, leur intégration dans l’espace aérien reste un enjeu important, ainsi que les standards de communication avec ces drones dans laquelle s’inscrit cette thèse. Cette thèse vise en effet à étudier et proposer des solutions pour les liens de communications des drones par satellite.L’intégration de ce lien de communication permet d’assurer la fiabilité des communications et particulièrement du lien de Commande et Contrôle partout dans le monde, en s’affranchissant des contraintes d’un réseau terrestre (comme les zones blanches). En raison de la rareté des ressources fréquentielles déjà allouées pour les futurs systèmes intégrant des drones, l’efficacité spectrale devient un paramètre important pour leur déploiement à grande échelle et le contexte spatiale demande l’utilisation d’un système de communication robuste aux non-linéarités. Les Modulations à Phase Continue permettent de répondre à ces problématiques. Cependant, ces dernières sont des modulations non-linéaire à mémoire entraînant une augmentation de la complexité des récepteurs. Du fait de la présence d’un canal multi-trajet (canal aéronautique par satellite), le principal objectif de cette thèse est de proposer des algorithmes d’égalisation (dans le domaine fréquentiel pour réduire leur complexité) et de synchronisation pour CPM adaptés à ce concept tout en essayant de proposer une complexité calculatoire raisonnable. Dans un premier temps, nous avons considéré uniquement des canaux sélectifs en fréquence et avons étudier les différents égaliseurs de la littérature. En étudiant leur similitudes et différences, nous avons pu développer un égaliseur dans le domaine fréquentiel qui proposant les mêmes performances a une complexité moindre. Nous proposons également des méthodes d’estimation canal et une méthode d’estimation conjointe du canal et de la fréquence porteuse. Dans un second temps nous avons montré comment étendre ces méthodes à des canaux sélectifs en temps et fréquence permettant ainsi de conserver une complexité calculatoire raisonnable.

Les travaux de cette thèse sont consacrés aux différents problèmes de traitement des Signaux à Phase Polynomiale dans des environnements fortement dégradés, que se soit par de fort niveaux de bruit ou par la présence de bruit impulsif, bruit que nous avons modélisé en ayant recourt à des lois alpha-stables. La robustesse au bruit est un sujet classique de traitement du signal et si de nombreux algorithmes sont capables de fonctionner avec de forts niveaux de bruits gaussiens, la présence de bruit impulsif a souvent pour conséquence une forte dégradation des performances voir une impossibilité d'utilisation. Récemment, plusieurs algorithmes ont été proposés pour prendre en compte la présence de bruit impulsif avec toutefois une contrainte: ces algorithmes voient généralement leurs performances se dégrader lorsqu'ils sont utilisés avec du bruit gaussien, et en conséquence nécessitent une sélection préalable de l'algorithme adapté en fonction de l'usage. L'un des points abordé dans cette thèse a donc été la réalisation d'algorithmes robustes à la nature du bruit en ce sens que leurs performances sont similaires, que le bruit additif soit gaussien ou alpha-stable. Le deuxième point abordé a été la réalisation d'algorithmes rapides, une capacité difficile à cumuler à la robustesse<br>The research works of this thesis deal with the processings of polynomial phase signals in heavily corrupted environnements, whatsoever noise with high levels or impulse noise, noise modelled by the use of alpha-stable laws. Noise robustness is a common task in signal processing and if several algorithms are able to work with high gaussian noise level, the presence of impulse noise often leads to a great loss in performances or makes algorithms unable to work. Recently, some algorithms have been built in order to support impulse noise environnements but with one limit: the achievable results decrease with gaussian noise situations and thus needs as a first step to select the good method versus the kind of the noise. So one of the key points of this thesis was building algorithms who were robust to the kind of the noise which means that they have similar performances with gaussian noise or alpha-stable noise. The second key point was building fast algorithms, something difficult to add to robustness

Avec le paradigme du réseau intelligent, les ingénieurs de protection ont maintenant à leur disposition une large gamme de nouvelles technologies de communication. Parmi elles, la norme CEI 61850-9-2 a introduit le concept de bus de procédé qui permet l'envoi de valeurs échantillonnées horodatées à un temps absolu depuis les transformateurs de mesure du terrain jusqu’aux relais de protection numériques. Ces derniers peuvent intégrer la fonction d'unité de mesure de phaseur qui peut être utilisé pour échanger des synchrophaseurs entre les fonctions de protection et pour une nouvelle protection anti-îlotage. Les relais de fréquence et de dérivée de fréquence sont, de nos jours, les méthodes anti-îlotage les plus couramment employées, mais leurs performances ne sont pas satisfaisantes. Dans ce contexte, une nouvelle génération de techniques de traitement du signal pour les relais de protection ayant des échantillons horodatées comme signal d'entrée et intégrant la mesure de synchrophaseurs est nécessaire. Cette thèse étudie d'abord l'impact des valeurs échantillonnées sur le traitement du signal. Trois solutions sont ensuite proposées pour calculer les phaseurs, les fréquences et les dérivées de fréquence dans diverses conditions statiques et dynamiques, puis testées par simulation. Enfin, un algorithme de mesure de synchrophaseurs incorporé dans le traitement de signal initial est proposé. Cet algorithme a été testé selon la dernière version de la norme d'unité de mesure de phaseur et les résultats obtenus sont conformes aux exigences de mesure<br>With the Smart Grid paradigm, protection engineers now have available to them a large range of new communication technologies. Among them, IEC Standard 61850-9-2 has introduced the process bus concept which permits sending of absolute time-stamped digitized analogue values from the instrument transformers of the field to numerical relays. The latter can incorporate the phasor measurement unit function which can be used for exchanging synchrophasors between protection functions and for new anti-islanding protection. Frequency and rate-of-change-of-frequency relays are, nowadays, the most commonly employed anti-islanding methods but their performance is not satisfactory. In this context, a new generation of signal processing techniques for protection relays having time-stamped digitized analogue values as input signal with synchrophasors measurement capability is required. This thesis first studies the impact of sampled measured values on the signal processing. Three solutions are then proposed to compute phasor, frequency and rate-of-change-of-frequency estimates under various static and dynamic conditions, and tested via simulation. Finally, a synchronized phasor measurement algorithm incorporated into the initial signal processing is proposed. This algorithm has been tested following the latest version of the phasor measurement unit standard and the results obtained comply with the measurement requirements

De très nombreux dispositifs de communication sans fil fonctionnant dans des bandes de fréquences différentes sont déployés dans le monde du ferroviaire afin de répondre à la multitude des usages et des besoins, des applications de contrôle-commande mettant en jeu la sécurité aux applications non vitales (Information voyageur, vidéo surveillance, télévision embarquée, etc..). Ces applications sont associées à des exigences de Qualité de service qui nécessitent des techniques d’estimation et de synchronisation performantes. Ces systèmes de communications s'appuient sur des standards qui reposent aujourd'hui sur deux technologies clefs: l'OFDM (Orthogonal Frequency-division Multiplexing) et le MIMO (Multiple-Input Multiple-Output). La combinaison MIMO-OFDM permet d'allier les avantages des deux méthodes. Cependant, l'orthogonalité entre les sous-porteuses du système MIMO-OFDM est mise à mal par les interférences entre porteuses provoquées par l'effet Doppler et l'offset de fréquence et le bruit de phase variant entre les oscillateurs à l'émission et à la réception. Ainsi, les techniques classiquement utilisées pour l'estimation de canal ou l'égalisation dans un environnement statique, fonctionnent de manière très dégradée en présence d'interférences entre sous-porteuses.L'objet de cette thèse vise à développer de nouvelles méthodes et des algorithmes d'estimation et de synchronisation du canal très sélectif en temps et en fréquence afin de permettre l'évolution des systèmes de communication vers des standards mieux adaptés aux liaisons mobiles à grande vitesse. Il convient de distinguer le cas où le canal de propagation ne varie pas pendant la durée d'un symbole OFDM et celui où il varie. Dans ce travail de thèse, nous nous sommes focalisés sur le deuxième cas. Nous avons d'abord développé un algorithme basé sur le filtre de Kalman étendu et la décomposition QR pour les transmissions MIMO-OFDM. Nous faisons d'abord une approximation du modèle d'expansion de base (BEM) pour les variations temporelles des gains complexes. Notre algorithme modélise l'évolution des coefficients de BEM à l'intérieur d'un symbole OFDM par un modèle auto régressif (AR). Puis, nous présentons un offset de fréquence normalisé appelé CFO normalisé dans la transmission du système OFDM qui introduit les interférences entre porteuse (IEP). Cet offset de fréquence est également modélisé par un modèle AR. La faculté du filtre de Kalman étendu nous permet d’estimer de manière conjointe ce CFO et les coefficients BEM. L'algorithme utilise un détecteur QR pour estimer les symboles de données. Cet algorithme a montré de bonnes performances pour des récepteurs à vitesses très élevées.Notre deuxième contribution consiste en un algorithme qui s'appuie sur le premier algorithme pour résoudre l'IEP dû au bruit de phase existant dans l'oscillateur du récepteur, ainsi que l'IEP dû à l'effet Doppler, mais en se limitant au cadre SISO. Ici, nous considérons que le bruit de phase présente une grande variance à l'intérieur d'un symbole OFDM et également entre les deux symboles OFDM suivants. Le bruit de phase est modélisé par un processus Brownien. Ensuite, le filtre de Kalman étendu estime le vecteur des coefficients de BEM et le vecteur du bruit de phase dans les symboles OFDM. Cet algorithme est très performant et présente un BER remarquable dans les cas où la connaissance du canal et du bruit de phase est mauvaise voire inexistante<br>Numerous wireless communication devices operating in different frequency bands are deployed in the railway domain to answer the multitude of uses and needs, from control and command applications involving safety to non-critical applications (passenger information, video surveillance, on board TV, etc.). These applications are associated with quality of service (QOS) requirements that need estimation techniques and synchronization performance.These communications systems are based on standards that rely on two key technologies: OFDM (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing) and MIMO (Multiple-Input Multiple-Output). The combination of MIMO and OFDM permits to benefit from the advantages of both methods. However, the orthogonality between subcarriers of OFDM-MIMO system is destroyed by inter-carrier interference caused by the Doppler effect and frequency offset and phase noise varying between oscillators at transmission and at reception. Thus, the performances of the techniques conventionally used for channel estimation and equalization in a static environment are considerably destroyed in the presence of interference between subcarriers.The purpose of this thesis is to develop new methods and algorithms for estimation and synchronization in very selective channel in time and frequency to allow the evolution of communication systems towards standards that will match better with high speed vehicular communications. It is important to distinguish the case where the propagation channel does not vary during the OFDM symbol duration and when it varies. In this thesis, we focused on the latter.We first developed an algorithm based on the Extended Kalman Filter and the QR decomposition for MIMO-OFDM transmissions. We first approximate the Expansion Model as a basis for temporal variations in complex gains. Our algorithm models the evolution of BEM coefficients within an OFDM symbol by an auto regressive model (AR). Then, we present a normalized frequency offset called normalized CFO in OFDM transmission system that introduces interference between carriers (IEP). This frequency offset is modeled by an AR model. Properties of Extended Kalman filter allow us to estimate simultaneously the two unknown variables, a vector of coefficients, the other BEM normalized frequency offset. The QR algorithm uses a detector to estimate the data symbols. This algorithm presented good performance for receivers at very high speeds. Our second contribution consists of an algorithm that uses the first algorithm to solve the IEP due to phase noise existing in the oscillator of the receiver, and the IEP due to the Doppler effect, but limited to SISO case. Here, we consider that the phase noise has a large variance within one OFDM symbol and also between the two following OFDM symbols. The phase noise is modeled by a Brownian process. Then, the Extended Kalman filter estimates the vector of coefficients of BEM and the vector of phase noise in OFDM symbols. This algorithm is very effective and has a remarkable BER performance when knowledge of the channel and phase noise is poor or nonexistent

Cette thèse porte sur la surveillance des perturbations de la qualité de l’énergie d’un réseau électrique via des techniques paramétriques de traitement du signal. Pour élaborer nos algorithmes de traitement du signal, nous avons traité les problèmes d’estimation des différentes grandeurs du réseau électrique triphasé et de classification des perturbations de la qualité d'énergie. Pour ce qui est du problème d’estimation, nous avons développé une technique statistique basée sur le maximum de vraisemblance. La technique proposée exploite la nature multidimensionnelle des signaux électriques. Elle utilise un algorithme d’optimisation pour minimiser la fonction de vraisemblance. L’algorithme utilisé permet d’améliorer les performances d’estimation tout en étant d’une faible complexité calculatoire en comparaison aux algorithmes classiques. Une analyse plus poussée de l’estimateur proposé a été effectuée. Plus précisément, ses performances sont évaluées sous un environnement incluant entre autres la pollution harmonique et interharmonique et le bruit. Les performances sont également comparées aux exigences de la norme IEEE C37.118.2011. La problématique de classification dans les réseaux électriques triphasés a plus particulièrement concerné les perturbations que sont les creux de tension et les surtensions. La technique de classification proposée consiste globalement en deux étapes : 1) une pré-classification du signal dans l’une des 4 préclasses établis et en 2) une classification du type de perturbation à l’aide de l’estimation des composants symétriques.Les performances du classificateur proposé ont été évaluées, entre autres, pour différentes nombre de cycles, de SNR et de THD. L’estimateur et le classificateur proposés ont été validés en simulation et en utilisant les données d’un réseau électrique réel du DOE/EPRI National Database of Power System Events. Les résultats obtenus illustrent clairement l’efficacité des algorithmes proposés quand à leur utilisation comme outil de surveillance de la qualité d’énergie<br>This thesis deals with electric grid monitoring of power quality (PQ) disturbances using parametric signal processing techniques. The first contribution is devoted to the parametric spectral estimation approach for signal parameter extraction. The proposed approach exploits the multidimensional nature of the electrical signals.For spectral estimation, it uses an optimization algorithm to minimize the likelihood function. In particular, this algorithm allows to improve the estimation accuracy and has lower computational complexity than classical algorithms. An in-depth analysis of the proposed estimator has been performed. Specifically, the estimator performances are evaluated under noisy, harmonic, interharmonic, and off-nominal frequency environment. These performances are also compared with the requirements of the IEEE Standard C37.118.2011. The achieved results have shown that the proposed approach is an attractive choice for PQ measurement devices such as phasor measurement units (PMUs). The second contribution deals with the classification of power quality disturbances in three-phase power systems. Specifically, this approach focuses on voltage sag and swell signatures. The proposed classification approach is based on two main steps: 1) the signal pre-classification into one of 4 pre-classes and 2) the signature type classification using the estimate of the symmetrical components. The classifier performances have been evaluated for different data length, signal to noise ratio, interharmonic, and total harmonic distortion. The proposed estimator and classifier are validated using real power system data obtained from the DOE/EPRI National Database of Power System Events. The achieved simulations and experimental results clearly illustrate the effectiveness of the proposed techniques for PQ monitoring purpose

Ce travail de recherche est consacré à l'élaboration et le développement d'une nouvelle méthode d'estimation<br />et de reconstruction de signaux fortement non-stationnaires, modulés non-linéairement à la fois<br />en amplitude et en fréquence. L'estimation de tels signaux dans un contexte trés bruité est un problème<br />délicat et les méthodes existantes de la littérature présentent plusieurs inconvénients dans ce cas.<br />Nous avons montré comment une approche locale permet une meilleure adaptabilité du modèle à la<br />nature des variations locales des amplitudes et des fréquences instantanées. Les résultats de l'estimation<br />sont par conséquent améliorés. L'originalité de la méthode proposée tient à l'application de modèles paramétriques bien adaptés sur des segments temporels de courtes durées extraits du signal étudié. Nous<br />avons proposé une stratégie de segmentation puis une stratégie de fusion des segments estimés permettant<br />la reconstruction du signal dans la totalité de sa durée. L'approche proposée permet de s'affranchir d'un<br />modèle global du signal requérant un ordre d'approximation élevé.<br />La validation de l'efficacité de l'estimation a été effectuée au préalable sur un segment temporel court.<br />Le modèle considéré localement consiste en une approximation polynomiale de la fréquence et de l'amplitude<br />exprimée dans une base polynomiale discrète et orthonormale que nous avons calculée. Cette base<br />permet de réduire le couplage entre les paramètres du modèle. Nous proposons et comparons deux techniques<br />différentes pour estimer ces derniers. La première est fondée sur la maximisation de la fonction<br />de vraisemblance en utilisant la technique d'optimisation stochastique le recuit simulé. Tandis que la<br />deuxième se base sur une approche Bayésienne employant les méthodes MCMC simulées par l'algorithme<br />de Metroplois-Hastings.<br />Nous montrons, sur des simulations et également sur des signaux réels, que l'approche proposée fournit<br />de bons résultats d'estimation par comparaison à celles de la HAF.

La croissance exponentielle du nombre d’objets communicants et la demande accrue pour les services sans fil d’une part, et le besoin de réduire le coût énergétique des communications radio et les émissions associées de gaz à effet de serre, rendent les techniques qui sont efficaces à la fois en terme de ressources spectrales et en terme de ressources énergétiques, comme les constellations tournées, particulièrement intéressantes. En effet, les constellations tournées donnent de meilleures performances théoriques que les constellations conventionnelles sur les canaux à évanouissements grâce à un ordre de diversité implicite.Néanmoins, plusieurs problèmes liés au déploiement de cette technique constituent un frein pour une adoption plus large de cette modulation dans la pratique. Pour cela, dans cette thèse, nous proposons plusieurs solutions originales pour faire face à ces limitations.Tout d’abord, nous avons étudié les propriétés structurelles des constellations M-QAM tournées avec une série particulière d’angles de rotation α=arctan⁡(1/√M) afin de mettre en œuvre une méthode de détection de faible complexité pour les canaux à évanouissements avec ou sans effacements.Ensuite, nous avons proposé deux techniques distinctes et originales pour la réduction du PAPR pour les systèmes OFDM utilisant les constellations tournées ; d’abord, une technique SLM aveugle est proposée pour laquelle deux angles de rotation sont sélectionnés de façon à optimiser conjointement le taux d’erreur binaire des constellations et les performances théoriques de décodage aveugle. De surcroît, une technique d’entrelacement aveugle est proposée. Afin de réduire la complexité de décodage aveugle pour cette technique, nous nous basons à nouveau sur les propriétés des constellations M-QAM tournées avec α=arctan⁡(1/√M), pour concevoir un estimateur à faible complexité.Enfin, nous avons proposé un estimateur original de synchronisation de phase par lissage à faible complexité inspiré de l’approche Maximum a Posteriori (MAP). Cet estimateur permet d’estimer le décalage de phase variable aléatoirement dans le temps, à travers deux boucles d’aller-retour. L’estimateur proposé prend en compte de façon inhérente les caractéristiques des constellations tournées, contrairement aux estimateurs conventionnels, ce qui lui permet d’approcher la borne de Cramèr-Rao que nous avons développée<br>The exponential growth of the number of communicating objects and the rising demand for wireless services on the one hand, and the need to reduce the energy cost of radio communications with the associated greenhouse gas emissions on the other side, make bandwidth-power efficient techniques, such as rotated constellations, particularly interesting. Indeed, rotated constellations allow better theoretical performance than conventional constellations over fading channels thanks to an inherent Signal Space Diversity (SSD).Nevertheless, several issues prevent wider deployment of this technique. Therefore, in this PhD thesis, we propose several original solutions to face these limitations.First, we study the structural properties of M-QAM constellations rotated with a series of rotation angles α=arctan⁡(1/√M) , so as to propose a low-complexity detection technique for fading channels with or without erasures.Then, we propose two distinct and original techniques to reduce the PAPR of OFDM systems with SSD; first, a blind SLM technique is proposed for which two rotation angles are selected so as to jointly optimize the theoretical bit error rate of the constellations and the theoretical blind decoding performance. In addition, a completely blind interleaving technique is proposed. In order to reduce the blind decoding complexity for this second technique, we rely again on the properties of the M-QAM constellations rotated with α=arctan⁡(1/√M) , to design a low-complexity estimator.Finally, we propose an original phase estimator for rotated constellations based on a low-complexity smoothing approach inspired by the Maximum a Posteriori (MAP) principle. This estimator operates off-line and allows the estimation of randomly time-variable phase shifts through two phase-locked loops. The proposed estimator inherently takes into account the characteristics of rotated constellations, in contrast with conventional estimators, which allows to approach the Cramèr-Rao bound

L'estimation de canal est une tâche cruciale du récepteur dans les systèmes de communication sans fil, en particulier en cas de mobilité où les paramètres du canal varient avec le temps. Dans cette thèse, un nouvel estimateur de boucle de poursuite d'ordre 3 (RW3-CATL), qui a une structure semblable à la boucle à verrouillage de phase (PLL) avec une faible complexité a été tout d'abord proposé pour estimer l'amplitude complexe du canal dans le cas mono-trajet mono-porteuse. Le lien entre un filtre de Kalman en régime asymptotique basé sur un modèle d'approximation de marche aléatoire (RW3-KF) et l'estimateur proposé est établi. Les expressions des paramètres sous-optimaux et d'EQM correspondante sont données sous forme analytiques en fonction des gains de boucle. Ensuite, les performances asymptotiques du RW3-KF ont été analysées en résolvant les équations de Riccati. L'expression analytique de la variance optimale du bruit d'état qui minimise l'EQM asymptotique a été également déduite. Pour les systèmes multi-trajet multi-porteuses, tels que les systèmes OFDM, la boucle RW3-CATL est étendue à la structure vectorielle (RW3-LS-CATL). Cette boucle conserve la même structure qu'en mono-trajet mono-porteuse, mais un signal d'erreur vectoriel adéquat est redéfini à partir d'un estimateur LS des amplitudes complexes des trajets, basé sur les pilotes du symbole OFDM courant et sur la connaissance a priori des retards des trajets. Par ailleurs, pour ce scénario, le filtre de Kalman, RW-KF estime conjointement les amplitudes complexes des trajets. Il présente une forte complexité, et nous n'avons pas de formules analytiques pour le régler. Pour réduire la complexité, nous proposons un filtre de dimension réduite, obtenu par une approximation du filtre original à l'aide des identités de Woodbury. Ce filtre revient à estimer l'amplitude complexe de chaque trajet de manière séparée. Le réglage optimal des paramètres est déduit du cas mono-trajet mono-porteuse. Les performances de ce filtre à complexité réduite, obtenues par simulation, sont quasiment les mêmes que celles du filtre de Kalman original.

L'orientation des telecommunications vers les hauts-debits fait de la technique de modulation OFDM l'un des centres d'intérêts privilégies de la recherche actuelle. Cette technique basée sur le principe d'orthogonalité des "filtres" réalisant la modulation ne nécessite pas d'égalisation a proprement parler, mais requiert une estimation de la réponse fréquentielle du canal pour chaque symbole transmis. Les contextes de propagation rencontres aujourd'hui en communications mobiles a hauts debits peuvent s'avérer extrêmement difficiles a estimer précisément. Nous proposons dans cet mémoire de thèse deux méthodes d'estimation de canal très sélectif en temps et en fréquence bases sur le critère du Maximum a Posteriori traitant le signal reçu par blocs. Ces algorithmes reposent sur un modèle de canal obtenu suivant la decomposition orthogonale de la matrice d'auto corrélation du canal selon le théorème de decomposition orthogonale de Karhunen¬Loève. Nous présenterons également les performances de ces nouvelles techniques comparées a celles de méthodes classiques d'estimation de canal ainsi que la robustesse de ces techniques a l'erreur d'estimation des statistiques du canal.

Cette thèse est consacrée à l'élaboration de l'estimation de canal et du décodage conjoints avec le principe turbo. Nous mettons l'accent sur deux principaux algorithmes itératifs: l'algorithme d'espérance-maximisation (EM) et l'algorithme de propagation de croyance (BP). Dans cette thèse, le BP et l'EM sont optimisés et comparés. L'orthogonal frequency-division multiplexing (OFDM) est un schéma de modulation à porteuses multiples qui permet une utilisation écace de la bande passante et assure la robustesse contre les canaux dispersifs en temps. Dans cette thèse, nous proposons des techniques d'estimation de canal pour un système de codage OFDM, en utilisant l'algorithme d'espérance-maximisation (EM). En introduisant différentes données complètes, nous obtenous deux types d'algorithmes d'estimation de canal par EM. Un calcul de la vitesse de convergence est également proposé pour comparer les deux algorithmes. La comparaison révèle que l'un des algorithmes EM a une complexité plus faible pour les mêmes performances dans un système de codage OFDM. Le graphe factoriel fournit des moyens efficaces et systématiques visant à développer des récepteurs flexibles et itératifs. Afin de traiter avec des variables continues sur les graphes factoriels, dans cette thèse, nous proposons de modéliser les distributions de probabilité comme des mélanges de distributions gaussiennes. Avec cette méthode d'approximation gaussienne, nous proposons des algorithmes de BP pour différents systèmes et les comparons à l'algorithme EM. Sur la base des études des algorithmes EM et BP, certaines conclusions sont tirées dans la dernière partie. Enfin, certaines perspectives sont proposées<br>This thesis is devoted to developing iterative joint channel estimation and decoding algorithms with the turbo principle. We focus on two main iterative algorithms: expectation-maximization (EM) algorithm and belief propagation (BP) algorithm. In this thesis, the BP and EM algorithms are optimized and compared. Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDM) is a multi-carrier modulation scheme that provides efficient bandwidth utilization and robustness against time dispersive channels. In this thesis, we propose channel estimation techniques for a coded OFDM system using the expectation-maximization (EM) algorithm. By introducing different complete date, we derive two types of EM channel estimation algorithms. A derivation of the rate of convergence is also proposed to compare the two algorithms. The comparison reveals that one EM algorithm has a lower complexity for the same performance in a coded OFDM system. Factor graphs provide insightful and systematic ways to develop flexible iterative receivers, being able to switch from one system to another by running belief propagation algorithm on different factor graphs. In order to deal with continuous variables over factor graphs, instead of relying on quantization, in this thesis, we propose to model probability distributions as mixtures of Gaussian distributions. It allows for estimation improvement and complexity reduction simultaneously. With this Gaussian approximation method, we propose the BP algorithms for different systems and compare them to the EM algorithm. Based on the studies of EM and BP algorithms, some conclusions are drawn in the last part. Finally, some future works are proposed