Dissertations / Theses on the topic 'Lignes de transmission (télécommunications) – Modèles mathématiques'

Les technologies CPL offrent une possibilité de créer un réseau informatique en utilisant le réseau électrique domestique comme support de communication. Elles offrent aujourd’hui des débits suffisants pour mettre en place les mêmes applications que sur les réseaux wifi ou Ethernet. Néanmoins, les performances sont très tributaires de la configuration électrique et électromagnétique de l’habitation et peuvent se révéler dans plusieurs cas non satisfaisantes. L’objectif de ce mémoire est de développer un outil déterministe permettant de qualifier une installation électrique vis-À-Vis du CPL. Après une analyse et une étude comparative des modèles les fréquents dans les travaux scientifiques, celui basé sur les multi trajets a été choisi et implémenté. L’outil permet de calculer des paramètres du canal entre deux points du réseau. Les éléments de protection (disjoncteurs) non repris dans la littérature ont été caractérisés et modélisés. L’impact de la topologie du réseau (dérivation, étoile, cascade) et du type de câble (R02V, ICT) a été investigué. Lorsque la topologie du réseau électrique n’est pas connue, nous avons initié une approche pour la déterminer à partir des temps de propagation d’une impulsion entre les prises de courant
Power line communications (PLC) technologies allow deploying low cost home data network using power cables as transmission lines. They offer nowadays data rate sometimes upper than those of Wifi standard. However, PLC performances strongly depend on the electric and electromagnetic environment of the domestic power grid. The announced data rates are then rarely achieved. The aim of this work is to develop a tool computing the expected PLC performances of a given network. Frequent PLC models are compared and the multipath model has been chosen after than analysis. The developed simulator can compute the transmission parameters (transfer function, channel capacity, coherence bandwidth) between two points of the grid. The influence of the grid topology and the cable type is investigated. When the grid topology is unknown, an algorithm to compute it has been initiated from the pulse propagation times between power outlets

Les connexions au réseau Ethernet deviennent de plus en plus nombreuse dans le domaine domestique. Dans ce travail, la transmission par le réseau électrique domestique est privilégiée. C'est le principe des courants porteurs en ligne (CPL). Ce concept permet d'obtenir des débits de transmission pouvant être supérieurs aux transmissions Wifi. Cependant les performances peuvent être dégradées par l'environnement électrique et électromagnétique de l'habitat domestique. Ce mémoire a pour objectif de modéliser l'environnement électrique domestique et le comportement des équipements qui y sont déployés. Les différents types de bruit présents dans l'environnement domestique ont été modélisés afin d'estimer leur influence sur la qualité de transmission CPL. Une modélisation des lignes électriques a été effectuée sous la forme de circuits électriques propices à l'intégration dans les outils de simulation numérique de type SPICE. La modélisation d'un câble à deux conducteurs a été étendue un à trois câble à conducteurs. La présence des appareils électriques a un impact important sur la communication CPL. Ce mémoire présente deux approches pour modéliser les effets induits. Les bruits impulsifs périodiques et apériodiques sont modélisés pour compléter l'outil d'analyse développé.

"Dans le domaine de la compatibilité électromagnétique (CEM) automobile, des outils numériques autorisent actuellement la simulation de tests d'immunité sur le réseau de câblages d'un véhicule complet. Ainsi, les niveaux de perturbation induits sur le réseau par une onde électromagnétique perturbatrice peuvent être calculés numériquement à l'aide d'une approche couplée utilisant un code 3D et un modèle de ligne de transmission. L'utilisation du modèle de ligne limite toutefois le champ d'application de cette approche aux "Basses Fréquences" (BF). Pour accéder aux fréquences supérieures, nous avons développé une méthode dite du "faisceau équivalent". Celle-ci consiste à réduire un faisceau de câblages multiconducteurs, défini comme une liaison de câbles point à point, en un faisceau composé d'un nombre limité de "conducteurs équivalents" représentant chacun le comportement d'un groupe de conducteurs du faisceau initial. La méthode a ensuite été étendue au cas de réseaux arborescents afin de répondre à la problématique automobile. Les validations numériques et expérimentales effectuées sur des faisceaux de câblages ont tout d'abord permis d'illustrer la robustesse et la précision de la méthode. Ensuite, les résultats obtenus lors d'une campagne expérimentale réalisée sur une maquette de véhicule à l'échelle ½ valide la pertinence de la méthode proposée en vue d'une application industrielle sur véhicules réels. De plus, un seul calcul 3D est nécessaire pour prendre en compte le réseau de câblages simplifié et la structure diffractante du véhicule (carrosserie métallique) en "Hautes Fréquences" (HF). Développée initialement pour des applications HF, la méthode du faisceau équivalent paraît également prometteuse en BF afin de réduire la complexité de réseaux de câblages installés sur des systèmes de grande dimension. "

La modélisation numérique des réseaux de câbles est devenue une étape indispensable dans la phase de conception d’un projet afin de prédire les disfonctionnements dans les moyens de transport issus de l’augmentation des couplages électromagnétiques. La majorité des modèles repose sur des méthodes analytiques, qui sont certes rapides en comparaison avec les méthodes numériques 3D, mais en contrepartie sont limitées aux basses fréquences et aux géométries uniformes. De plus, des hypothèses concernant les conditions aux limites des conducteurs, comme les plans de masse infinis, sont souvent appliqués dans le but d’obtenir des formules analytiques simples C’est dans ce contexte, que nous avons envisagé l’amélioration de ces modèles en réduisant ces simplifications et ces hypothèses imposées au départ. A cet égard, nous avons développé dans un premier temps un modèle de ligne de transmission filaire qui consiste à prendre en compte les pertes par rayonnement en haute fréquence, la longueur finie et la géométrie non uniforme. Lors de cette étude, nous avons utilisé la théorie des lignes et deux méthodes numériques en l’occurrence les méthodes PEEC et TLST. Nous avons démontré pour le cas des risers que les coefficients de la méthode PEEC peuvent être obtenus analytiquement. Concernant notre deuxième axe de recherche, on s’est intéressé à la modélisation des conduits métalliques notamment les plans de masse finis et les goulottes. Ces derniers ont été modélisés avec un ensemble de câbles. Une étude expérimentale a été menée sur les effets induits par la goulotte sur la propagation des ondes électromagnétiques. Finalement, les résultats de nos modèles ont été validés expérimentalement avec des mesures. Une attention particulière a été portée sur l’effet des extrémités des lignes de transmission
Considering the increasing awareness of the EM coupling issues inside aircraft and automotive engines, numerical modeling of cable harness networks is currently one of the most important steps in the design process of an engineering project. Most of the relevant softwares that deals with the cable topology simulation relies on the well-known analytical models such as the multiconductor transmission line theory. These techniques are better than the fullwave ones regarding the time calculation and the memory requirement. However, they are available only in the low frequency range because of the assumptions taken into account such as the uniform geometry and the infinite length of the wires. To overcome these restrictions and improve the existing solutions, we come up with a new high frequency model which is based on the transmission line theory and two numerical methods: PEEC and TLST. To keep the analytical approach of our model, we managed to get the analytical expressions of the PEEC’s partial elements. In this thesis, we were also interested by the cable raceways and cable trays. First of all, we developed a raceway model based on transmission line wires. Comparing our results with the FDTD ones, we noticed some differences especially in the high frequency range when the wire ends with the risers. Through an experimental study, we explained the behavior and the impact of these cables trays on the EM wave propagation. Finally, the results of our models have been validated with the measurements. Thanks to these experiments, we highlighted the fact that the termination of a wire has an important impact on the wave propagation

La simulation électromagnétique des dispositifs est aujourd'hui un outil incontournable de la conception des dispositifs et systèmes hyperfréquences. Elle permet d'éviter de nombreuses étapes de prototypage en tenant compte par exemple des effets de couplages. Elle permettra de plus, dans un proche avenir, d'effectuer de l'optimisation des dispositifs dans des temps de calcul convenables en tenant compte de ces effets. Une variété importante de ces méthodes existe. Nous nous intéressons ici à la méthode TLM (" Transmission Line Matrix ") qui est très générale et, par voie de conséquence, très coûteuse en termes informatiques. Ce défaut est essentiellement lié aux contraintes imposées par le maillage. C'est pourquoi nous proposons une généralisation de celui-ci à travers deux nouvelles techniques : le maillage non-orthogonal destiné à prendre en compte toute interface courbe ainsi que le maillage par bloc qui consiste à simuler chaque partie du maillage à sa propre échelle spatiale et temporelle. Les deux techniques sont évaluées en terme de précision, de performances ainsi que de gain en termes de ressources informatiques. Les apports sont substantiels et permettent d'envisager la généralisation de ces nouvelles approches ainsi que leur emploi systématique
Full-wave analysis is today a requirement for computed aided design of microwave and milimeter-wave components. It accounts for all-field-coupling effects during the design process and, hence, minimizes the time required before physical implementation. In addition, coupled with optimization procedures full-wave analysis will enable to provide an efficient and accurate tool for the design of complex structures within some reasonable time. Various rigorous methods have been developed. One shall focus on the Transmission Line Matrix (TLM) method which have been proved to be a very general and accurate but very costly in terms of computer resources. The reason is essentially due to constraints imposed by the mesh size used in the whole computational volume. The proposed work focuses on the generalization of the TLM mesh by using two techniques : the non-orthogonal TLM node that allows an accurate approximation of curved boundaries and block meshing which consist to simulate every part of the mesh at the proper time and space scale. Both techniques are evaluated in terms of accuracy and computational cost reduction. Some substantial improvement is reported and it is believed that those new approaches can be generalized and readily implemented

Les travaux de cette thèse concernent l'étude et la proposition de nouvelles solutions d'adaptation d'un système de transmission CPL haut débit aux caractéristiques du canal ligne électrique en accordant un intérêt particulier au bruit impulsif qui représente une contrainte sévère encore difficile à surmonter. Le premier objectif concerne la conduite d'une analyse statistique des mesures du bruit impulsif puis l'étude et la définition d'un modèle à la fois simple et fidèle qui servira à dimensionner et évaluer par simulation les techniques à proposer. Les campagnes de mesure réalisées dans les milieux indoor et automobile ont permis de dégager les caractéristiques du bruit dans les deux environnements et de les comparer pour déduire l'agressivité du bruit indoor et la difficulté de sa compensation. Dans la phase de modélisation du bruit, trois modèles ont d'abord été présentés et étudiés: la classe A du modèle de Middleton, l'approche basée sur les chaînes de Markov et l'approche stochastique. Ensuite, une approche hybride, permettant à la fois une simplicité et une efficacité à reproduire les caractéristiques temporelles, a été proposée. La comparaison des mesures aux différents modèles étudiés ainsi qu'à celui proposé a montré l'efficacité de l'approche hybride qui sera adoptée dans la suite de ce travail. Le deuxième objectif concerne la proposition d'une nouvelle méthode de compensation de l'effet du bruit impulsif qui soit à la fois performante mais à faible complexité d'implantation matérielle. D'abord, la solution d'ajout de modules d'annulation de bruit au niveau du récepteur a été étudiée en proposant des techniques d'annulation de bruit basées sur l'estimation de sa puissance, ensuite différentes structures de codage canal ont été développés, et leurs performances ont été vérifiées et comparées en présence de plusieurs types de scénarios de bruit impulsif
This thesis deals with the study and the suggestion of new solutions to improve high bit rate power line communications. A special interest is given to impulsive noise presence which is the most difficult transmission constraint to overcome. The first aim of this work is to analyze statistically measure results then to propose a simple and efficient noise model that will be used in a simulation tool to define accurately suitable noise cancellation techniques. Experimental measurements done in both Indoor and vehicle PLC channels allowed to deduce noise characteristics in the two environments, to compare these characteristics and to prove high effect of Indoor impulsive noise. ln next step, three models were studied: c1ass A of Middleton mode 1, Markov chains-based model and the stochastic approach. Then, a new hybrid model, that combines the stochastic approach and Markov chains, was proposed. This model is simple, easy to implement and allows a satisfying fitting to noise temporal characteristics. Comparisons of models to measured noise show the efficiency of the hybrid approach that will be used afterward. The second aim of this work is to defme new appropriate and cost-effective methods to compensate impulsive noise effect. The frrst solution is to add a noise canceller module in the PLC system receiver. This solution was studied by proposing techniques to cancel noise by estimating its power. The second solution is to use error correction methods. ln this case, three channel coding structures were developed and their performances were studied in the presence of different impulsive noise scenarios

La conception, l'analyse et l'optimisation des performances des systemes de telecommunications optiques sont souvent difficiles. Les techniques de simulation peuvent faciliter cette tache et permettre d'anticiper le comportement d'un systeme optique complexe. Le premier objectif de cette these a ete de developper une bibliotheque de modeles de composants optiques integrable dans un logiciel commercialise. La mise en uvre de cette bibliotheque de modeles a necessite: un choix des modeles mathematiques pour les composants opto-electroniques une comprehension des phenomenes physiques regissant le comportement de ces composants une analyse des methodes numeriques utilisees pour la resolution des equations mathematiques une evaluation des parametres physiques caracterisant les composants optiques un test des programmes informatiques realises. Le second objectif a consiste a confirmer la credibilite de ces modeles a travers des etudes realisees au cnet. Trois etudes ont ete developpees. La premiere a concerne une liaison optique longue distance et haut debit (10 gbit/s). La deuxieme etude a mis l'accent sur les techniques de multiplexage en longueur d'onde. Enfin, la troisieme etude a porte sur l'optimisation et le dimensionnement d'un reseau multicolore en boucle utilisant des amplificateurs a fibre dopee. Ces trois etudes ont permis: d'analyser les performances de nouveaux systemes de transmission optique d'en deduire les parametres physiques importants qui limitent les possibilites du systeme d'en tirer des informations autant qualitatives que quantitatives utilisables pour la realisation et l'optimisation des systemes optiques experimentaux. Enfin, les perspectives d'evolution du logiciel sont discutees dans le dernier chapitre

Le projet de Soultz-sous-Forêts (Alsace, France) a pour but d'extraire l'énergie, géothennique contenue dans les cinq premiers Kms de la croûte terrestre par injection d'eau en profondeur pour démontrer la faisabilité des projets HDR (Hot Dry Rock pour roches chaudes sèches). Une modélisation des circulations par la technique des lignes de courant, technique largement utilisée en simulations pétrolières, a été appliquée pour évaluer la durée de vie de l'échangeur. La perméabilité du réservoir a été estimée à l'aide de la microsismicité induite acquise pendant la fracturation hydraulique. Une extension de la méthode SBRC (Seismic Based Reservoir Characterization) est proposée dans ce mémoire. Cette nouvelle méthodologie permet de quantifier le champ de perméabilité isotrope hétérogène et de suivre l'évolution de la perméabilité au cours du processus de fracturation. Tous les outils informatiques développés ont été intégrés dans un plug-in du logiciel Gocad.

ALes codes graphiques tels que les codes-barres et les codes 2D sont une technologie majeure de l'identification et de l'EDI. L'affichage et la lecture de ces pictogrammes bicolores constituent un système singulier de communication numérique, ce qui nous a amené à conduire son analyse en nous axant sur la théorie de l'information. Nous avons proposé sur les bases radiométriques et optiques une modélisation du canal de transmission par un filtre linéaire bruité par un processus additif gaussien. Les paramètres du modèle sont ainsi fonction des caractéristiques du code, de son positionnement, de la puissance de rayonnement et des caractéristiques de la caméra. Les performances du système sont évaluées en calculant l'information mutuelle moyenne (IMM). Dans le cas 1D (codes-barres), l'IMM est estimée par une variante de l'étape "Forward" du BCJR en utilisant la markovianité du canal. L'IMM est alors une mesure objective à partir de laquelle nous définissons une profondeur de champ ainsi qu'une résolution spatiale théorique. Ces deux critères complètent et enrichissent leur pendant géométrique en tenant compte des distorsions et du bruit du canal. Dans le cas 2D, nous avons montré que le modèle implique que la distribution de probabilité des données émises sachant les observations (a posteriori) est celle d'un champ de Gibbs. Nous avons ainsi mis en évidence le lien entre l'estimation du flux d'information du système et celle de l'énergie libre du champ aléatoire. Parmi les perspectives des travaux: l'ajout de la couleur, l'application d'un codage canal et des principes turbo
Graphical Codes such as barcodes and 2D codes are a leading technology in identification and EDI. Displaying and reading these black and white pictograrns is equivalent to a singular digital communication system such that we drove our study according to information theory. From radiometry and optics principles, we've proposed a transmission channel model as a linear filter with Gaussian noise. Model parameters are thus function of code and camera characteristics, positioning and radiating power. System performances are evaluated with the computation of average mutual information (AMI). ln the 1D case (barcodes), AMI is estimated with a version of the BCJR Forward recursion by using channel markovianity. AMI is then an objective measure from which we define a theoretic depth of field and spatial resolution. These two criteria complement their geometrical equivalent by considering channel distortions and noise. ln the 2D case, we've shown that the model imply that the probability distribution of data knowing observations (a posteriori) is a Gibbs random field. We have thus highlighted that the evaluation of system's information rate is equivalent to the estimation of the random field free energy. The perspectives of the works are: adding colour to the codes, channel coding and the application of turbo principles

Le monde des transports constitue un acteur majeur du développement des nouvelles technologies de l'information et de la communication afin d'améliorer l'efficacité, les performances et la sécurité des déplacements en optimisant l'usage des infrastructures et en contribuant ainsi au développement durable. Certains de ces besoins demandent des liaisons bidirectionnelles haut débit et robustes. Les techniques "multi-émetteurs, multi-récepteurs" (MIMO : Multiple-Input, Multiple-Output) offrent de telles caractéristiques. Elles reposent sur l'utilisation conjointe d'un réseau d'antennes à l'émission et à la réception. Elles permettent une amélioration des débits ou de la robustesse sans augmenter les puissances d'émission et les bandes de fréquences allouées. Les travaux présentés dans ce mémoire portent sur l'utilisation des techniques MIMO pour des applications dans les transports publics (autobus urbains ou métros). Notre travail de recherche s'est tout particulièrement orienté vers la connaissance et la modélisation du canal de propagation MIMO afin de disposer des outils adaptés lors de l'analyse des performances d'une chaîne de transmission MIMO. Comparativement aux techniques SI80 (Single-Input, Single-Output), les techniques multi-antennes exploitent la dimension spatiale du canal de propagation caractérisée par la corrélation spatiale. Dans le cas d'un système MIMO à NT antennes d'émission et NR antennes de réception, il est possible de mettre en évidence plusieurs canaux de propagation indépendants qui correspondent à des modes de propagation "propres" associés aux trajets des signaux entre l'émetteur et le récepteur. Le nombre de ces "modes propres" dépend du degré de corrélation entre les NT. NR canaux SISO élémentaires
La pertinence d'un modèle de canal MIMO dépend donc de sa capacité à traduire le degré de corrélation dans le canal. Différents types de modèles de canal MIMO sont présentés dans ce mémoire: les modèles déterministes et les modèles stochastiques. Nous insistons plus particulièrement sur les principes de' construction des modèles stochastiques parce qu'ils ne demandent pas une description de l'environnement et qu'ils sont simples d'utilisation. Ils sont fondés sur le calcul de la corrélation dans le canal. Ces modèles de canal sont comparés à partir de mesures réalisées dans différents environnements, un tunnel de métro et deux environnements "indoor". L'influence des différents environnements sur la capacité d'un canal MIMO est présentée. Il ressort de cette comparaison que les modèles qui décrivent le mieux le comportement du canal MIMO quel que soit l'environnement sont ceux qui reposent sur la matrice de covariance du canal qui permet de prendre en compte de façon intrinsèque à la fois la puissance et la phase des coefficients du canal. La transmission d'un flux vidéo issu d'un système de vidéo surveillance à l'intérieur d'un bus vers un poste de contrôle distant est simulée sous Matlab. Les différents algorithmes implémentés sont décrits et nous rappelons leurs performances. Le meilleur modèle de canal identifié est appliqué sur des mesures réalisées en environnement semi-urbain. Nous montrons le gain apporté par les systèmes MIMO sur les débits ou la robustesse de la liaison sans fil et l'influence des caractéristiques du canal de propagation sur les performances

L’évaluation de la fiabilité des réseaux est un problème combinatoire très complexe qui nécessite des moyens de calcul très puissants. Plusieurs méthodes ont été proposées dans la littérature pour apporter des solutions. Certaines ont été programmées dont notamment les méthodes d’énumération des ensembles minimaux et la factorisation, et d’autres sont restées à l’état de simples théories. Cette thèse traite le cas de l’évaluation et l’optimisation de la fiabilité des réseaux. Plusieurs problèmes ont été abordés dont notamment la mise au point d’une méthodologie pour la modélisation des réseaux en vue de l’évaluation de leur fiabilités. Cette méthodologie a été validée dans le cadre d’un réseau de radio communication étendu implanté récemment pour couvrir les besoins de toute la province québécoise. Plusieurs algorithmes ont aussi été établis pour générer les chemins et les coupes minimales pour un réseau donné. La génération des chemins et des coupes constitue une contribution importante dans le processus d’évaluation et d’optimisation de la fiabilité. Ces algorithmes ont permis de traiter de manière rapide et efficace plusieurs réseaux tests ainsi que le réseau de radio communication provincial. Ils ont été par la suite exploités pour évaluer la fiabilité grâce à une méthode basée sur les diagrammes de décision binaire. Plusieurs contributions théoriques ont aussi permis de mettre en place une solution exacte de la fiabilité des réseaux stochastiques imparfaits dans le cadre des méthodes de factorisation. A partir de cette recherche plusieurs outils ont été programmés pour évaluer et optimiser la fiabilité des réseaux. Les résultats obtenus montrent clairement un gain significatif en temps d’exécution et en espace de mémoire utilisé par rapport à beaucoup d’autres implémentations. Mots-clés: Fiabilité, réseaux, optimisation, diagrammes de décision binaire, ensembles des chemins et coupes minimales, algorithmes, indicateur de Birnbaum, systèmes de radio télécommunication, programmes.
Efficient computation of systems reliability is required in many sensitive networks. Despite the increased efficiency of computers and the proliferation of algorithms, the problem of finding good and quickly solutions in the case of large systems remains open. Recently, efficient computation techniques have been recognized as significant advances to solve the problem during a reasonable period of time. However, they are applicable to a special category of networks and more efforts still necessary to generalize a unified method giving exact solution. Assessing the reliability of networks is a very complex combinatorial problem which requires powerful computing resources. Several methods have been proposed in the literature. Some have been implemented including minimal sets enumeration and factoring methods, and others remained as simple theories. This thesis treats the case of networks reliability evaluation and optimization. Several issues were discussed including the development of a methodology for modeling networks and evaluating their reliabilities. This methodology was validated as part of a radio communication network project. In this work, some algorithms have been developed to generate minimal paths and cuts for a given network. The generation of paths and cuts is an important contribution in the process of networks reliability and optimization. These algorithms have been subsequently used to assess reliability by a method based on binary decision diagrams. Several theoretical contributions have been proposed and helped to establish an exact solution of the stochastic networks reliability in which edges and nodes are subject to failure using factoring decomposition theorem. From this research activity, several tools have been implemented and results clearly show a significant gain in time execution and memory space used by comparison to many other implementations. Key-words: Reliability, Networks, optimization, binary decision diagrams, minimal paths set and cuts set, algorithms, Birnbaum performance index, Networks, radio-telecommunication systems, programs.

Les exigences CEM sont de plus en plus sévères et doivent être prises en compte dès la phase de conception des dispositifs électroniques. Pour cela, il est nécessaire de disposer de modèles traduisant le comportement électromagnétique des cartes et composants que ce soit en émission ou en immunité. Actuellement, les études menées concernent principalement la caractérisation des composants en émissions conduite et rayonnée et en immunité conduite. Pour compléter ces travaux, des études en immunité rayonnée doivent être effectuées. Cette thèse a pour objectif de mettre en place une méthodologie de caractérisation des composants et de modélisation des circuits imprimés lorsque ces derniers sont soumis à une agression électromagnétique. A partir de l'étude bibliographique sur les méthodes expérimentales et sur les méthodologies de modélisations permettant d'étudier le couplage par rayonnement entre les ondes électromagnétiques et les cartes électronique nous avons travaillé sur deux axes : 1. L'étude et à la modélisation du couplage entre les ondes électromagnétiques et les pistes des circuits imprimés en utilisant un modèle analytique basé sur la théorie des lignes de transmission (modèle d'Agrawal et résolution par les équations BLT). 2. Le développement d'une nouvelle méthodologie d'agression en champ proche. Cette technique basée sur l'utilisation des sondes électromagnétiques permet la génération de champs perturbateurs localisés avec de fortes amplitudes sans nécessité de fortes puissances. Nous avons e��tudié plus particulièrement le cas d'un circuit intégré analogique simple : un inverseur logique
EMC requirements are becoming stricter and must be taken into account during the design phase of electronic devices. For that reason, it is necessary to have models representing electromagnetic emission and immunity of components. Now a day, the main studies concern the characterization of conducted immunity and radiated emission of components. To complete this model, a study of radiated immunity must be made. This thesis aims to develop a methodology for components characterization and modeling when they are exposed to electromagnetic aggression. Starting from the different experimental methods and models developed previously to study coupling. The work in this thesis was focused more particularly in two axes : 1. The study and the modeling of coupling between electromagnetic waves and the printed circuit boards (PCB) using an analytical model based on the transmission lines theory (Agrawal model solved using BLT equations). 2. The developement of a new near field perturbation methodology. This technique use electromagnetic probes which allows the generation of localized fields with high amplitudes without need a strong powers. We have studied more particularly the case of a simple analog integrated circuit (logic inverter)

Actuellement, l'électronique se généralise dans le domaine automobile grâce à l'introduction de réseaux embarqués dans les véhicules. Afin de limiter l'implantation de nouveaux câbles pour des questions de coûts, poids et surtout fiabilité, une solution consiste à transmettre les informations sur le réseau d'énergie des véhicules en utilisant les techniques de courants porteurs en ligne (CPL) Cette thèse porte sur la caractérisation et la modélisation de ce type de canal de propagation pour des transmissions large bande tant d'un point de vue fonction de transfert que bruit électromagnétique. Notons que chaque toron d'un faisceau automobile est constitué d'un nombre de fils variant entre trois et cinquante, représentant une longueur totale de plusieurs kilomètres. Une approche déterministe basée sur la topologie électromagnétique est tout d'abord considérée pour calculer la fonction de transfert du canal entre deux points du faisceau de câbles Ce modèle déterministe a été validé par de nombreuses campagnes de mesures sur différents véhicules et nous a permis de bâtir un modèle stochastique qui, intégré dans les simulateurs de liaison, permet de tester les performances des systèmes Le bruit impulsif a été caractérisé dans les domaines temporel et fréquentiel. Une étude menée sur la récurrence des impulsions a montré que les phases d'accélération et de freinage sont, pour une grande part, à l'origine de ce bruit.

In this thesis we provide a model for a bufferless optical burst switching (OBS) and an optical packet switching (OPS) network. The thesis is divided in three parts.

In the first part we introduce the basic functionality and structure of OBS and OPS networks. We identify the blocking probability as the main performance parameter of interest.

In the second part we study the statistical properties of the traffic that will likely run through these networks. We use for this purpose a set of traffic traces obtained from the Universidad Politécnica de Catalunya. Our conclusion is that traffic entering the optical domain in future OBS/OPS networks will be long-range dependent (LRD).

In the third part we present the model for bufferless OBS/OPS networks. This model takes into account the results from the second part of the thesis concerning the LRD nature of traffic. It also takes into account specific issues concerning the functionality of a typical bufferless packet-switching network. The resulting model presents scalability problems, so we propose an approximative method to compute the blocking probability from it. We empirically evaluate the accuracy of this method, as well as its scalability.
Doctorat en Sciences de l'ingénieur
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Le travail de recherche proposé dans ce manuscrit consiste à modéliser le rayonnement électromagnétique de conducteurs filaires. En effet l'estimation du rayonnement est un enjeu majeur et l'utilisation de modèles exacts nous semble nécessaire. On propose donc dans ce mémoire une approche analytique qui permet de quantifier les niveaux de champs électromagnétiques rayonnés par les systèmes filaires. Dans un premier temps nous proposons un modèle analytique du calcul du champ électromagnétique rayonné par un système filaire basé sur un développement approfondi des équations de Maxwell. Ce formalisme est issu de la formulation intégrale du potentiel vecteur émis par une antenne filaire dont on supposera connu la distribution de courant. Le modèle analytique ainsi obtenu permet d'estimer aisément les champs sans avoir besoin de discrétiser ni le support de transmission ni l'espace d'observation. Pour enrichir notre modèle nous avons ensuite envisagé les cas où la distribution du courant le long des conducteurs était issu, soit de la théorie des lignes soit d'une simulation numérique basée sur la théorie des antennes, soit de mesures. Dans le cas où c'est la théorie des lignes qui est à la base de la détermination des courants distribués, nous proposons un formalisme analytique du champ électromagnétique rayonné basé uniquement sur la seule connaissance des courants et de leurs dérivées aux extrémités des conducteurs. Nous avons également montré que ce formalisme s'extrapole aisément au cas d'un réseau multifilaire. Dans le cas où la théorie des antennes ou des mesures sont à la base de la connaissance des courants distribués, on identifie ce courant par quelques pôles et résidus grâce à la méthode d'identification Matrix Pencil (MP). Le champ électromagnétique rayonné s'exprime alors par une série finie de termes intégrales. Ce formalisme reste analytique et présente l'avantage d'être adapté aux approches paramétriques et d'optimisations. Nos travaux de recherche ouvrent des perspectives de reconstruction de la distribution du courant par Matrix Pencil à partir de la connaissance du courant et de ses premières dérivées spatiales aux seules extrémités des conducteurs. Le champ électromagnétique rayonné sera alors déduit de notre modèle.

Cette thèse vise à développer des méthodologies originales et appropriées pour modéliser la propagation des ondes EM dans des tunnels de forme quelconque et à proposer des méthodologies pour optimiser les spécifications, la conception et le positionnement des antennes en tunnel. Nous avons proposé une méthode originale d’analyse modale full-wave pour traiter le cas de la propagation des ondes EM dans des structures de grandes dimensions électriques ou en milieux confinés de forme quelconque tels que les tunnels. Cette méthode consiste en une approche modale qui s’appuie sur l’algorithme 2,5D TLM et l’algorithme Matrix Pencil pour la discrimination des modes dans des structures à pertes dans lesquelles la densité modale est élevée et les modes se superposent. Nous avons considéré de nouvelles conditions aux limites appelées SIBC (Surface Impedance Boundary Condition) pour les guides d’ondes diélectriques à pertes. Afin de pouvoir analyser les cas généraux et plusieurs configurations de tunnel réalistes, nous avons proposé une nouvelle nomenclature des modes. En effet, la nomenclature des modes existante n’est plus applicable en raison des effets de dépolarisation des modes dans certains cas réalistes. Une nouvelle méthodologie pour la détermination des spécifications et des positions des antennes en milieux confinés ou guidés a ensuite été développée. Cette méthodologie repose sur la combinaison d’une analyse modale et de techniques d’optimisation afin d’ajuster le poids des différents modes dans le tunnel. Cette approche est utilisée dans le cas des antennes adaptatives mais elle n’a jamais été appliquée au cas de la propagation multi modes en tunnel
This thesis aims to develop original and appropriate methodologies to model the propagation of EM waves in tunnels of any shape and to propose methodologies to optimize the specification, design and positioning of the antenna in the tunnel. We proposed a novel method for full-wave modal analysis to treat the case of EM wave propagation in structures of large electric dimensions or confined environments of any shape such as tunnels. This method is a modal approach which is based on the 2.5D TLM algorithm and Matrix Pencil algorithm for the discrimination of modes in lossy structures in which the modal density is high and the modes overlap. We considered new boundary conditions called SIBC (Surface Impedance Boundary Condition) for dielectric waveguides with losses. To analyze the general case and several realistic tunnel configurations, we proposed a new classification of modes. Indeed, the classification of existing methods is no longer applicable due to depolarization effects in some realistic cases. A new methodology for determining the specifications and positions of antennas in confined or guided structures was then developed. This methodology is based on a combination of modal analysis and optimization techniques to adjust the weights of the different modes in the tunnel. This approach is used in the case of adaptive antennas, but it has never been applied to the case of multipath propagation modes in the tunnel

Les communications à courant porteur en ligne (CPL) permettent de transmettre des données haut débit en utilisant le réseau électrique comme support de transmission. Cependant la complexité et la diversité des topologies, la diversité des appareils électriques domestiques connectés sur le réseau et les perturbations électromagnétiques peuvent limiter les performances de cette technologie. Ce mémoire a pour objectif d’analyser les caractéristiques du réseau et les performances d’une liaison CPL large bande et de souligner les topologies et charges du réseau qui dégradent les performances de la liaison CPL. La démarche scientifique consiste tout d’abord à caractériser le canal de transmission principalement en termes de gain d’insertion, puis à caractériser les performances de la liaison en termes de capacité, afin de dégager les caractéristiques de topologie ayant une influence prépondérante sur la liaison. Cette caractérisation se décompose en deux parties. Une première partie expérimentale étudie l’impact de la charge du réseau et du réseau de distribution avec un réseau test. Une seconde partie théorique souligne l’influence de la topologie et des impédances de charges domestiques à l’aide d’un outil de simulation basé sur la théorie des lignes multifilaires liée à la topologie électromagnétique. Deux modes de transmission sont étudiés ; une liaison SISO (Single Input Single Output), où le modem d’émission/réception est relié au réseau via un couplage capacitif entre la phase et le neutre et une transmission MIMO (Multiple Input Multiple Output) pour laquelle les signaux sont émis/reçus simultanément sur deux paires, entre phase et neutre et entre terre et neutre
Powerline communication (PLC) is used to transmit high-speed data using power network as a transmission medium. However the complexity and diversity of electrical network topologies, the diversity of domestic electrical appliances connected to the network and the electromagnetic disturbances can limit the performance of this technology. The purpose of this thesis is to analyze the network characteristics and the performance of a broadband PLC link and also to highlight network topologies and loads that affect the performance of a PLC communication. The scientific approach consists firstly in characterizing the transmission channel in terms of insertion gain and then in characterizing the performance of the PLC link in terms of Shannon's capacity, in order to identify the topology characteristics that mainly influence the communication. This characterization is divided into two parts. A first experimental part studies the impact of the load and of the architecture of the electrical distribution network. A second theoretical part emphasizes on the influence of the topology and the impedances of domestic loads using a simulation tool based on the multiwire transmission line theory and the electromagnetic topology. Two transmissions are studied; a SISO (Single Input Single Output) link with the PLC transmitter and receiver connected to the network via capacitive coupling between phase and neutral, and a MIMO (Multiple Input Multiple Output) link where signals are transmitted / received between two pairs of wires : phase-neutral and earth-neutral

Le réseau électrique s'utilise aujourd'hui comme support de transmission des signaux Ethernet. C'est le concept des courants porteurs en ligne. Cette technique de transmission permet d'obtenir des débits supérieurs au Wifi. Cependant, la complexité des réseaux électriques et l'environnement électromagnétique domestique peuvent dégrader les performances de cette technologie. L'environnement électrique de l'habitat avec ses appareils électroménagers divers en font un milieu difficilement maitrisable. L'objectif est d'appréhender et de modéliser cet environnement et le comportement des équipements qui y sont déployés. Pour cela, ce mémoire présente plusieurs méthodes pour modéliser les lignes électriques dans l'habitat. Les modélisations existantes sont difficilement généralisables à un réseau électrique quelconque. Nous proposons une modélisation de type circuit électrique. Son intérêt réside dans la simplicité de l'outil de simulation d'un réseau électrique, réalisé par la mise en cascade de plusieurs blocs intégrés à la librairie SPICE. Les blocs SPICE proposés prennent en compte la dépendance fréquentielle des paramètres des quadripôles. Une étape de caractérisation expérimentale est développée pour implémenter ces blocs. Un réseau expérimental de test, constitué de différentes technologies de câble, a été caractérisé en termes de bruit, d'impédance et de pertes d'insertion. Le rayonnement émis lors d'une transmission CPL a aussi été mesuré.

La technologie des objets mobiles communicants (capteurs, smartphones, PDA, netbooks, etc.) est en plein essor. On peut exploiter l'utilisation de ces objets mobiles communicants dans plusieurs domaines, en particulier dans le domaine médical, pour collecter des informations de santé. Actuellement, la plupart des applications médicales basent leur collecte d'information sur deux approches. La première approche s'appuie sur l'hypothèse d'une connectivité permanente. La collecte de données physiologiques au niveau du centre d'analyse s'effectue en continu et elle permet un traitement en temps réel des informations. Dans la deuxième approche, les données sont stockées sur un dispositif porté par le patient et le traitement des données est donc différé. Dans le cas où les patients sont mobiles, l'hypothèse de connectivité permanente est difficile à réaliser, compte tenu de la portée des dispositifs radio et de leur consommation en énergie. Pour faire face à d'éventuelles ruptures de connectivité, on peut utiliser un mécanisme de communications opportunistes avec des réseaux tolérants les ruptures (DTN). Nous défendons dans cette thèse l'idée qu'il n'est pas indispensable de disposer de moyens de transmission en continu pour assurer le suivi médical d'individus mobiles dans le domaine de la télé-santé, mais qu'au contraire, une approche opportuniste est possible et intéressante : elle peut offrir de bons résultats à faible coût. À l'appui de cette idée, nous avons choisi un scénario de référence, la supervision médicale de l'activité cardiaque de marathoniens, comportant des contraintes de réalisation difficiles. Il s'agissait de réaliser le suivi des électrocardiogrammes des coureurs à partir de capteurs ECG et en faisant appel à plusieurs stations de collecte par transmission sans fil déployées sur le chemin de la course. La première variante de ce système proposait une solution à moindres coûts basée sur le protocole de communication ZigBee. Une deuxième variante, faisait appel à la technologie Wi-Fi ou à des réseaux cellulaires très répandus de nos jours. Un système de collecte et de supervision a été développé, déployé et testé lors d'épreuves sportives. Les résultats de ces expérimentations confirment l'intérêt que peut apporter ce schéma de communication dans la supervision médicale d'individus mobiles, en s'appuyant sur les technologies disponibles. À partir du premier scénario réalisé, plusieurs variantes peuvent être déclinées pour réaliser des applications médicales moins contraignants et plus générales. Ainsi, nous avons pu montrer qu'en exploitant des infrastructures Wi-Fi communautaires il est possible d'effectuer une supervision quotidienne des paramètres cardiaques de patients mobiles. Les différents scénarios explorés ont permis de mieux cerner l'intérêt des communications opportunistes pour des applications liées au suivi médical.

This thesis presents the study of the model order reduction for power grids and transmission networks. The specific focus has been the transient dynamics. A mathematical viewpoint has been adopted for model reduction. Power networks are huge and complex network, simulation for power grid analysis and design require large non-linear models to be solved. In the context of developing "Smart Grids" with the distributed generation of power, real time analysis of complex systems such as these needs fast, reliable and accurate models. In the current study we propose model order reduction methods both a-priori and a-posteriori suitable for dynamic models of power grids. The model that describes the transient dynamics of the power grids is complex non-linear swing dynamics model. The non-linearity of the swing dynamics model necessitates special attention to achieve maximum benefit from the model order reduction techniques. In the current research, POD and LATIN methods were applied initially with varying degrees of success. The method of TPWL has been proved as the best-suited model reduction method for swing dynamics model; this method combines POD with multiple linear approximations. For the transmission lines, a distributed parameters model in frequency-domain is used. PGD based reduced-order models are proposed for the DP model of transmission lines. A fully parametric problem with electrical parameters of transmission lines included as coordinates of the separated representation. The method was extended to present the solution of frequency-dependent parameters model for transmission lines.
Cette these présente l'étude de la réduction de modeles pour les réseaux électriques et les réseaux de transmission. Un point de vue mathématique a été adopté pour la réduction de modeles. Les réseaux électriques sont des réseaux immenses et complexes, dont l'analyse et la conception nécessite la simulation et la résolution de grands modeles non-linéaires. Dans le cadre du développement de réseaux électriques intelligents (smart grids) avec une génération distribuée de puissance, l'analyse en temps réel de systemes complexes tels que ceux-ci nécessite des modeles rapides, fiables et précis. Dans la présente étude, nous proposons des méthodes de réduction de de modeles a la fois a priori et a posteriori, adaptées aux modeles dynamiques des réseaux électriques. Un accent particulier a été mis sur la dynamique transitoire des réseaux électriques, décrite par un modele oscillant non­linéaire et complexe. La non-linéarité de ce modele nécessite une attention particuliere pour bénéficier du maximum d'avantages des techniques de réduction de modeles. lnitialement, des méthodes comme POD et LATIN ont été adoptées avec des degrés de succes divers. La méthode de TPWL, qui combine la POD avec des approximations linéaires multiples, a été prouvée comme étant la méthode de réduction de modeles la mieux adaptée pour le modele dynamique oscillant. Pour les lignes de transmission, un modele de parametres distribués en domaine fréquentiel est utilisé. Des modeles réduits de type PGD sont proposés pour le modele DP des lignes de transmission. Un probleme multidimensionnel entierement paramétrique a été formulé, avec les parametres électriques des lignes de transmission inclus comme coordonnées additionnelles de la représentation séparée. La méthode a été étendue pour étudier la solution du modele des lignes de transmission pour laquelle les parametres dépendent de la fréquence.
Esta tesis presenta un estudio de la reducción de modelos (MOR) para redes de transmisión y distribución de electricidad. El enfoque principal utilizado ha sido la dinámica transitoria y para la reducción de modelos se ha adoptado un punto de vista matemático. Las redes eléctricas son complejas y tienen un tamaño importante. Por lo tanto, el análisis y diseño de este tipo de redes mediante la simulación numérica, requiere la resolución de modelos no-lineales complejos. En el contexto del desarrollo de redes inteligentes, el objetivo es un análisis en tiempo real de sistemas complejos, por lo que son necesarios modelos rápidos, fiables y precisos. En el presente estudio se proponen diferentes métodos de reducción de modelos, tanto a priori como a posteriori, adecuados para modelos dinámicos de redes eléctricas. La dinámica transitoria de redes eléctricas, se describe mediante modelos dinámicos oscilatorios no-lineales. Esta no-linearidad del modelo necesita ser bien tratada para obtener el máximo beneficio de las técnicas de reducción de modelos. Métodos como la POD y la LATIN han sido inicialmente utilizados en esta problemática con diferentes grados de éxito. El método de TPWL, que combina la POD con múltiples aproximaciones lineales, ha resultado ser el mas adecuado para sistemas dinámicos oscilatorios. En el caso de las redes de transmisión eléctrica, se utiliza un modelo de parámetros distribuidos en el dominio de la frecuencia. Se propone reducir este modelo basándose en la PGD, donde los parámetros eléctricos de la red de transmisión son incluidos como coordenadas de la representación separada del modelo paramétrico. Este método es ampliado para representar la solución de modelos con parámetros dependientes de la frecuencia para las redes de transmisión eléctrica