Дисертації з теми "Formation de faisceaux coopératifs"

La demande en moyens de communications toujours plus rapides et plus ables est en augmentation permanente. Pour répondre à cela, les chercheurs doivent faire face à de nombreux dés. Les systèmes coopératifs sont reconnus comme une solution performante pour améliorer la qualité de transmission des systèmes existants. Parmi les différentes stratégies de transmission coopérative, l'utilisation conjointe de plusieurs relais est considérée comme une voie prometteuse. Ce document de thèse traite du calcul des précodeurs aux relais pour améliorer la performance de systèmes multi-relais multiutilisateurs. Le précodage est utilisé pour annuler le plus possible les interférences multiutilisateurs, maximiser le rapport signal à bruit à la réception, et optimiser l'allocation de puissance aux relais
The demand for high speed reliable communication systems will never stop increasing. Many challenges face researchers trying to provide such systems and schemes. Cooperative networks have been successfully used to enhance the performance of telecommunication systems. Among different cooperative strategies, distributed cooperative relaying have shown to be a promising scheme. This dissertation addresses the problem of optimizing the precoding vectors in order to improve the system performance of multi-user multi-relay cooperative networks. Precoding vectors are used to cancel out the multiple access interference, maximize the signal to noise ratio at the destination, and optimize the power allocation at relaying stations

Dans cette thèse, nous nous sommes concentrés sur deux problèmes majeurs de la couche PHY et de la couche d'application: les attaques jamming de radiofréquence et les attaques Sybil. En particulier, nous avons adopté trois méthodes différentes de machine learning pour la détection des nœuds Sybil: Distance based clustering, Support Vector Machine (SVM) et k-nearest neighbours (kNN). Basé sur la base de la variation entre les véhicules légitimes et les nœuds Sybil dans leurs formes de conduite, les nœuds virtuels inexistants peuvent être détectés. Pour les attaques jamming de radiofréquence, nous nous sommes concentrés sur la conception de contremesures pour le problème de brouillage du canal de contrôle dans les réseaux véhiculaires, ce qui est d'une importance vitale pour la sécurité des communications I2V. Ainsi, nous avons étendu les problèmes de jamming dans les scénarios RSU multi-antennes, dans lesquels la RSU peut desservir plusieurs groupes de véhicules simultanément à l'aide de la technique de beamforming multi-groupe et multi-cast . En guise de solution, nous proposons un système anti-jamming en deux étapes. Les véhicules qui ont décodé avec succès le signal reçu dans la première étape seront sélectionnés en tant que relais pour desservir en coopération les véhicules victimes dans la deuxième étape en utilisant les techniques coordonnées de beamforming sur une canal de service sans blocage
This thesis has been dedicated to addressing the misbehaviour detection problem in vehicular networks. Specifically, we focus on two major issues in PHY layer and application layer respectively: Radio Frequency (RF) Jamming attacks and Sybil attacks. Specifically, we adopted three different machine learning methods including Distance based clustering, Support Vector Machine (SVM) and k-nearest neighbours (kNN) in Sybil nodes detection. Based on variation between benign vehicles and Sybil nodes in their driving patterns, the non-existent virtual nodes can be detected. For RF jamming attacks, we focused on the design of countermeasure for the control channel jamming issue in vehicular networks, which is of vital importance to the safety of I2V communications. We proposed to adopt the cooperative relaying techniques to address the control channel jamming problem in vehicular networks, which is based on the idea that the vehicles outside of the jamming area can serve as relays to help forward the control channel signal to the victim vehicles through other the jamming-free service channels. Thus, we extended the jamming issues in multi-antenna RSU scenarios, where the RSU can serve multiple groups of vehicles simultaneously using the multi-group multicast beamforming technique. As a solution, we propose a two stage anti-jamming scheme, whereby the vehicles who have successfully decoded the signal received in the first stage will be selected as relays to cooperatively serve the victim vehicles in the second stage using the coordinated beamforming techniques over a jamming-free service channel

L'évolution des systèmes radar ainsi que des satellites de communication font apparaître le besoin de multifaisceaux simultanés à la réception. Dans cette thèse nous proposons deux nouvelles architectures de formation de faisceaux à la réception pour des antennes réseaux par voie optique. La première est basée sur l'utilisation de la dispersion chromatique de la fibre tandis que la seconde est une architecture cohérente basée sur une source optique bifréquence. Ces deux architectures ont été tout d'abord théoriquement analysée puis leurs performances ont été mesurées. Elles sont basées sur deux blocs technologiques que nous avons étudiés : la sommation par l'optique et une source bi-fréquence verrouillée sur un oscillateur local. Le comportement en dynamique de la sommation optique a été modélisé et le principe a été appliqué à différentes solutions technologiques utilisant respectivement un coupleur, un multiplexeur ou un sommateur à fibres. L'influence des canaux du multiplexeur et de l'interférence entre les différentes porteuses optiques a été théoriquement et expérimentalement analysée. Les modèles de sommation optique ont été appliqués à un cas d'étude et une parfaite adéquation entre la mesure et la théorie est obtenue. Comme dans le cas de la sommation en hyperfréquence, la sommation par l'optique permet un gain en dynamique. Ensuite nous avons mis en place les bases théoriques permettant de concevoir un laser bi-fréquence verrouillé sur un signal électrique. Les résultats obtenus sont très prometteurs, en effet grâce à l'utilisation de deux boucles de verrouillage, une stabilité de l'ordre de l'heure a été obtenue
The evolution of radar systems as well as telecommunication satellites induces the need of simultaneous multibeams for the receive mode. In this thesis we propose two new optical beamforming architectures for the receive mode in network antennas. The former is based on the fiber chromatic dispersion, whereas the latter is an optical coherent architecture based on an optical dual-frequency source. These architectures were firstly analyzed theoretically and secondly their performances were measured. Both are based on two technological blocks that have been studied too: the optical summation and dual frequency optical source locked on a local oscillator. The dynamic behavior of the optical summation was modeled and various technological solutions based respectively on a coupler, a multiplexer or a fiber summation was presented. The WDM channel influence and the interference between optical carriers were analyzed theoretically and experimentally. The optical summation models were applied to summation through a WDM and the theory is in agreement with the measure. As in the case of microwave summation, the optical summation allows a gain on the dynamic range. Then we present the theory allowing to conceive a dual frequency laser locked on an electric signal. The results are very promising, indeed thanks to the use of two lock loops, a stability of about an hour was observed

À l'ère de la mondialisation, l'environnement industriel et économique a subi plusieurs changements majeurs. Les chaînes logistiques sont en train de devenir de plus en plus de complexes réseaux composés de nombreux acteurs qui sont tantôt en concurrence et tantôt coopèrent pour répondre aux incessantes exigences des consommateurs. Dans un tel contexte, les entreprises se sont rapidement rendu compte de la limite du modèle complètement décentralisé où chacune d'entre elles optimise sa propre chaîne logistique indépendamment des autres acteurs. Afin de trouver de nouvelles sources de compétitivité et de faire face à la perpétuelle complexité de l'environnement économique, les entreprises tentent de dépasser la frontière des actions individuelles favorisant les actions coordonnées et centralisées. Désormais, la coopération entre les diverses chaînes logistiques et la formation d'alliances se trouvent au coeur des préoccupations des entreprises. En effet, en mutualisant les moyens logistiques, la coopération permet une meilleure exploitation des ressources et par le biais des actions collectives, elle permet de mieux bénéficier des économies d'échelles conduisant à réduire significativement les coûts et à générer des bénéfices considérables. Toutefois, dans de tels systèmes coopératifs, les acteurs sont indépendants et par ailleurs toujours intéressés en priorité par leurs profits individuels. De ce fait, la coopération soulève deux enjeux essentiels : (1) Quelles sont les alliances qui sont susceptibles de se former ? Et (2), comment partager les bénéfices réalisés sur les différents acteurs coopérants ? Dans cette thèse, nous nous intéressons au phénomène de la coopération dans les chaînes logistiques. Particulièrement, nous posons les précédentes questions dans des chaînes logistiques ou plusieurs firmes peuvent réduire leurs coûts logistiques en optant pour une gestion collective des stocks. Les principaux résultats de cette thèse portent sur l'utilisation des principes de la théorie des jeux coopératifs pour déterminer les alliances les plus profitables ainsi que la portion de profit que chaque firme doit recevoir afin de garder la stabilité des alliances formées.

Cette thèse revisite les antennes à éléments parasites et propose des stratégies de conception et de synthèse originales et efficaces. Les points de vue mis en avant dans la construction de ce travail permettent de révéler toutes les potentialités de ces antennes pour en faciliter la diffusion. Les antennes à éléments parasites sont présentées comme des solutions économiques pour réaliser des faisceaux formés. La mise en oeuvre d’une technique de synthèse a permis d’accéder à des niveaux de performances proches des antennes réseau sans les désavantages des nécessaires réseaux de distribution, complexes, chers et sensibles aux dispersions de fabrication. Dans ce manuscrit sont également développées des architectures génériques d’antennes à éléments parasites. Une attention particulière est portée à la simplification et à la robustesse des concepts pour s’adapter aux modes de production industriels. Un démonstrateur d’antenne à éléments parasites active a été conçu, fabriqué et caractérisé. Le succès de la démonstration permet d’envisager des solutions d’antennes agiles à faible coût. Les savoir-faire développés dans cette thèse ont été appliqués dans le cadre d’un projet global d’économie d’énergie pour les systèmes en mode veille à très basse consommation, le projet RWU (Remote Wake Up). Des antennes intégrées à forte efficacité ont alors été développées pour le transfert et la récupération d’énergie sans fil
This thesis revisits parasitic elements antennas and offers innovative and effective synthesis design strategies. The main objective of this work is to reveal the full potential of these antennas in order to promote their dissemination. Parasitic elements antennas are presented as cost-effective solutions to achieve beamforming. A dedicated synthesis technique has been developed to obtain performances close to those of antenna arrays, without the disadvantages of a feed distribution network. The latter is complex, expensive and sensitive to manufacturing dispersions, making arrays difficult to design as cost-effective antennas. In this manuscript, generic architectures of parasitic elements antennas are developed. Particular points of versatility, reliability and ease of manufacture have been addressed in order to comply with the requirements of industrial processes. A demonstrator of a reconfigurable parasitic elements antenna has been designed, fabricated and characterized. The successful demonstration allows considering reconfigurable low cost antennas. The skills developed in this thesis have been applied in the context of energy saving in the framework of the Remote Wake Up project (RWU), dedicated to the minimization of standby mode electrical consumption. High efficiency integrated antennas were developed for wireless energy transfer

La récupération d’énergie électromagnétique provenant de sources ambiantes ou intentionnelles, de fréquences allant de 100 MHz à 10 GHz, est apparue ces dernières années comme une solution prometteuse pour développer l’électronique autoalimentée. Cependant, les faibles densités de puissance, généralement plus faibles que 1 μW.cm-2, engendrent de faibles efficacités de redressement et de faibles sensibilités, et la diversité des signaux ambients (direction d’arrivée et polarisation inconnues et variant dans le temps) ne permet pas d’utiliser des antennes directives.Dans cette thèse, les techniques de combinaison de la puissance RF ou DC dans des systèmes de récupération d’énergie à multiples antennes, associées à des structures originales, sont étudiées pour faire face aux différents verrous technologiques. De plus, une nouvelle Figure-de-Mérite, décrivant la capacité d’un système à récupérer de l’énergie ambiante, est développée avec des termes de probabilités représentant la diversité fréquentielle, spatiale et de polarisation des signaux ambiants.La première partie de cette thèse se consacre à la conception d’antennes et de rectennas individuelles efficaces. Des prototypes peu chers et recyclables sont proposés sur un substrat papier grâce à une technique originale de réduction des pertes.Dans la deuxième partie de cette thèse, l’efficacité de conversion RF-DC est améliorée à travers la combinaison de la puissance RF avant le processus de redressement, sans pour autant réduire la couverture spatiale du système. Pour cela, une structure 3D multidirectionnelle de réseaux d’antennes associés à des réseaux interférométriques passifs, pour la formation de faisceaux, est conçue, afin d’obtenir un diagramme de rayonnement multidirectionnel à fort gain. Cette solution inspirée des systèmes de radar et impliquant des matrices de Butler, aboutit à une haute efficacité de conversion RF-DC ainsi qu’à une couverture spatiale optimale. Ainsi, une capacité à récupérer de l’énergie plus grande que celles de l’état-de-l’art est obtenue.La dernière partie de cette thèse propose de remédier à la limite en sensibilité de la combinaison de puissance RF, plus faible qu’avec une combinaison DC en série de la puissance, grâce à un système reconfigurable. Pour cela, des cellules unitaires de rectennas sont conçues afin de former un réseau interférométrique adaptable et extensible, qui offre la possibilité d’obtenir un système hautement efficace et sensible à la fois. Cette solution peut servir à la récupération d’énergie, à la localisation passive et autonome ou à des applications RFID
Wireless energy harvesting (WEH) of ambient or intentional electromagnetic power sources of frequency ranging from 100 MHz to 10 GHz, has appeared as a promising solution to develop self-powered electronics in the past decades. However, the low power densities available, usually lower than 1 uW.cm-2, result in a limited RF-to-DC conversion efficiency and sensitivity of the energy harvesting system (rectenna) and the ambient signal diversities (unknown and time-varying direction of arrival, polarization) prohibit the use of directive antennas.In this thesis, the power combination techniques of Radio Frequency (RF) or Direct Current (DC) power in multi-antenna WEH systems, together with original structures, are investigated to address those challenges. Besides, a new Figure-of-Merit (harvesting capability) for rectennas operating in ambient scenarios is derived with probabilistic terms representing the frequency, polarization and spatial diversities of ambient signals.The first part of this thesis focuses on the design of efficient antenna and rectenna elements. Eco-responsible and low-cost prototypes are proposed by using a paper substrate along with an original strategy for the reduction of the losses.In the second part of this work, the rectification efficiency of a WEH system is enhanced through the combination of the RF power prior to the rectification process, without reduction of the spatial coverage. For this, a 3D multidirectional structure of scanning antenna arrays using passive beam-forming networks is designed to obtain a multidirectional high gain aggregate pattern. This radar-inspired solution involving Butler matrices results in a highly efficient RF-to-DC power conversion along with an optimal angular coverage, which leads to a harvesting capability higher than the state-of-the-art.The last part of this work addresses the limited sensitivity of the RF combination technique compared to that obtained with the series DC combination technique thanks to a reconfigurable system. To this end, modular rectenna unit cells are designed to form a scalable and adaptative interferometric beam-forming network, which offers the possibility to achieve a highly efficient and sensitive WEH system. This solution is suitable for low-power energy harvesting, autonomous passive tracking or RFID applications

Cette thèse traite de l’analyse théorique et l’application d’une nouvelle famille de jeux coopératifs, où la valeur de chaque coalition peut être calculée à partir des contributions des joueurs par un opérateur additif qui décrit comme les capacités individuelles interagissent au sein de groupes. Précisément, on introduit une grande classe de jeux, les Generalized Additive Games, qui embrasse plusieurs classes de jeux coopératifs dans la littérature, et en particulier de graph games, où un réseau décrit les restrictions des possibilités d’interaction entre les joueurs. Des propriétés et solutions pour cette classe de jeux sont étudiées, avec l’objectif de fournir des outils pour l’analyse de classes de jeux connues, ainsi que pour la construction de nouvelles classes de jeux avec des propriétés intéressantes d’un point de vue théorique. De plus, on introduit une classe de solutions pour les communication situations, où la formation d’un réseau est décrite par un mécanisme additif, et dans la dernière partie de cette thèse on présente des approches avec notre modèle à des problèmes réels modélisés par des graph games, dans les domaines de la théorie de l’argumentation et de la biomédecine
This thesis deals with the theoretical analysis and the application of a new family of cooperative games, where the worth of each coalition can be computed from the contributions of single players via an additive operator describing how the individual abilities interact within groups. Specifically, we introduce a large class of games, namely the Generalized Additive Games, which encompasses several classes of cooperative games from the literature, and in particular of graph games, where a network describes the restriction of the interaction possibilities among players. Some properties and solutions of such class of games are studied, with the objective of providing useful tools for the analysis of known classes of games, as well as for the construction of new classes of games with interesting properties from a theoretic point of view. Moreover, we introduce a class of solution concepts for communication situations, where the formation of a network is described by means of an additive pattern, and in the last part of the thesis we present two approaches using our model to real-world problems described by graph games, in the fields of Argumentation Theory and Biomedicine

L’objectif de cette action R&T CNES est le développement en technologie intégrée SiGe BiCMOS d’un core-chip MMIC pour les antennes à formation de faisceaux. Les nouvelles solutions pour les charges satellites développées pour les applications télécom notamment ont besoin d’être de plus en plus flexibles. Cela passe par la mise en place d’un très grand nombre de points de contrôle RF ‘Amplitude/Phase’ qui alimentent les antennes actives. Il faut donc de nouvelles solutions pour optimiser ces fonctions. Ces solutions doivent répondre à plusieurs critères : être compactes, diminuer la consommation DC et conserver les mêmes niveaux de performance en termes de gain, résolution et linéarité que les solutions déjà en place. Dans ce contexte, notre projet de recherche a porté sur le développement de circuits déphaseurs et atténuateurs en technologie SiGe. Une étude préliminaire a permis d’évaluer la technologie en réalisant un premier run comprenant des cellules de déphasage et d’atténuation élémentaires. Des lignes de transmission de type Slow Wave Lines ont également été intégrées afin de montrer leur potentiel pour des applications futures. Ces premiers résultats ont conduits à réaliser un second run comprenant des circuits plus avancés ainsi que le test d’une nouvelle technique pour le design des transistors : le body floating. Cette technique nous a permis de diminuer les pertes de nos circuits tout en améliorant la linéarité. Un troisième run incluant un déphaseur et un atténuateur 4 bits a permis de confirmer les modèles de simulations et le potentiel des circuits MMIC en technologie SiGe. Un dernier run a enfin permis de réaliser un nouveau type de SWL et de réaliser des solutions alternatives aux circuits classiques basées sur ces dernières
This R&T CNES project concerns the design and realization of a Core-chip MMIC system integrated in SiGe BiCMOS technology. The MMIC core-chip system is dedicated to the beamforming for the active satellite antenna. The new solutions for the satellite payloads being developed for telecommunication applications need an increased flexibility at all the levels. More precisely, the system of active antennas allowing an adjustment by real-time electronic command of the terrestrial covered area offers an optimized response for the communication link budget. This performance has a cost: the necessity of a very large number of RF control points "amplitude / phase" of the beamforming equipment which power the active antenna matrix elements. So, it becomes mandatory to bring a new solution to optimize this function. The main challenges are: increasing the functions integration, decreasing the DC power consumption and keeping the RF performances in terms of gain, resolution and linearity

Le développement de systèmes de communication mobile large bande demandent une connaissance des caractéristiques du canal mobile comme celles du profile de puissance, l'angle d'arrivée et la décalage Doppler des trajets multiples. Un sondeur de canal peut réaliser une caractérisation multidimensionnelle du canal à petite échelle afin de l'appliquer à la modélisation stochastique de canal où à l'évaluation des performances de systèmes de communication. Des instruments capables de réaliser un sondage de canaux de propagation SIMO à l'intérieur des bâtiments sont assemblés, notamment, le réflectomètre Cinq-port utilisé comme démodulateur homodyne de signaux RF et des techniques d'estimation à haute résolution comme MUSIC. Un système de formation de faisceaux qui peut réaliser un filtrage spatial pour de nombreuses applications est aussi implémenté utilisant la plupart de ces outils. Le réflectomètre Cinq-port réalise une conversion directe des signaux RF et utilise un troisième mixeur de redondance pour diminuer la dépendance du système au déséquilibre de phase et amplitude de l'oscillateur local. La procédure d'estimation de la réponse spatio-temporelle du canal est basée sur les algorithmes MUSIC et lissage spatial (2D-SS) sur deux dimensions. Le traitement simultané des données sur les domaines de l'espace et de la fréquence nous permet l'estimation conjointe de l'angle d'arrivée et du retard des trajets multiples même en présence des signaux corrélés. La technique de tracée de rayons est implémentée afin de comparer les paramètres du canal calculé de façon déterministe avec ceux déterminés par le sondage de canaux.

Dans cette these on decrit une nouvelle technique utilisant un guide d'onde pour rayons x pour produire un faisceau de dimension submicronique et on presente les proprietes du faisceau autant que un certain nombre d'applications possibles. Le premier chapitre est dedie a une presentation des techniques traditionnelles de production de faisceaux submicroniques. Dans le chapitre ii on presente de facon generale le sujet des ondes stationnaires et la resonance qui se forment dans une couche de materiel leger depose entre deux couches de materiel plus lourd. La resonance produit un faisceau submicronique dont on a mesure les caracteristiques : dimensions geometriques, divergence et coherence. Les performances de la guide d'onde sont aussi discutees avec un regard particulier pour le flux, l'efficience et le gain du systeme et pour les elements qui deteriorent les performances memes. On conclut le chapitre avec une comparaison entre les performances de la guide d'onde et d'autres systemes optiques. Dans le troisieme chapitre on traite la technique du contraste de phase pour l'imagerie a haute resolution. Apres une introduction generale sur cette technique, on presente des mesures de formation d'images par contraste de phase obtenues avec le faisceau submicronique sortant d'une guide d'onde pour rayons x. En ce cas un role tres important est joue par l'agrandissement de l'image due a la divergence angulaire du faisceau, qui permet de se passer de la resolution du detecteur. La comparaison des resultats des mesures faites sur un test pattern avec des simulations numeriques montre qu'une resolution de 0. 1 micron peut etre obtenue. On montre aussi que les donnees experimentales de l'image defocalise peuvent etre elaborees numeriquement pour reconstruire une image reelle de l'objet comparable a celle obtenue avec le microscope electronique.

Nous etudions la formation et la desexcitation des noyaux chauds issus de reactions induites par des projectiles legers de grande energie. Ces reactions, decrites par un processus en deux etapes: une cascade intranucleaire suivie d'une phase d'evaporation, produisent des noyaux dont les modes collectifs (compression, rotation, deformation) sont peu excites. La multiplicite totale de neutrons mesuree evenement par evenement avec le detecteur de neutrons orion, d'une part, les spectres energetiques et les multiplicites de particules chargees legeres d'autre part permettent d'evaluer la distribution d'energie d'excitation des noyaux formes. En parallele des simulations theoriques sont realisees en utilisant le code de cascade intranucleaire developpe par j. Cugnon et le programme de desexcitation statistique gemini. Le bon accord avec les resultats experimentaux nous indique que 10% des interactions p-noyau conduisent a des temperatures superieures a 5 mev. L'observation de la fission d'un noyau de temperature voisine de 5 mev indique que le noyau reste un ensemble de nucleons lies repondant collectivement et que la limite de stabilite en temperature de ce noyau n'est donc pas encore atteinte. Le declin de la probabilite de fission a haute energie d'excitation doit etre correle a l'apparition d'un autre processus de desexcitation (emission de residus d'evaporation ou multifragmentation) qui n'a pu etre mis en evidence experimentalement. Enfin dans le dernier chapitre nous evoquons brievement le principe de la transmutation des dechets nucleaires de longue periode a l'aide d'un accelerateur de protons et soulignons l'interet que peut presenter ce travail pour de telles etudes

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

Le développement de systèmes de communication mobile large bande demandent une connaissance des caractéristiques du canal mobile comme celles du profile de puissance, l’angle d’arrivée et la décalage Doppler des trajets multiples. Un sondeur de canal peut réaliser une caractérisation multidimensionnelle du canal à petite échelle afin de l’appliquer à la modélisation stochastique de canal où à l’évaluation des performances de systèmes de communication. Des instruments capables de réaliser un sondage de canaux de propagation SIMO à l’intérieur des bâtiments sont assemblés, notamment, le réflectomètre Cinq-port utilisé comme démodulateur homodyne de signaux RF et des techniques d’estimation à haute résolution comme MUSIC. Un système de formation de faisceaux qui peut réaliser un filtrage spatial pour de nombreuses applications est aussi implémenté utilisant la plupart de ces outils. Le réflectomètre Cinq-port réalise une conversion directe des signaux RF et utilise un troisième mixeur de redondance pour diminuer la dépendance du système au déséquilibre de phase et amplitude de l’oscillateur local. La procédure d’estimation de la réponse spatio-temporelle du canal est basée sur les algorithmes MUSIC et lissage spatial (2D-SS) sur deux dimensions. Le traitement simultané des données sur les domaines de l’espace et de la fréquence nous permet l’estimation conjointe de l’angle d’arrivée et du retard des trajets multiples même en présence des signaux corrélés. La technique de tracée de rayons est implémentée afin de comparer les paramètres du canal calculé de façon déterministe avec ceux déterminés par le sondage de canaux
The development of wideband mobile communication systems requires a better knowledge of the characteristics of the mobile channel as described by its power delay profile, directions of arrival and Doppler shifts of scatterers. A channel sounder can perform a multidimensional small-scale characterization of channels for stochastic modelling or communication system evaluation, such as allowable data rates. The aim of the present study is to assemble a number of instruments that are able to perform the sounding of SIMO propagation channels in indoor environments. Direction finding and beamforming systems are also implemented by using most of these tools, in particular, the Five-port circuit used as a homodyne demodulator of RF signals and high-resolution estimation techniques such as MUSIC. Five-port discriminators use a third redundant mixer to decrease the system dependency from the phase and amplitude unbalance of local oscillators. The directional angle resolved channel impulse response is jointly estimated in the angle and time delay domains by extending the MUSIC algorithm associated with the enhanced 2D-SS technique. The ray-tracing technique is implemented to compare channel parameters resolved deterministically to estimated parameters of an indoor propagation channel resolved by channel sounding. The performance of the beamforming system is tested by measuring the bit error rate for a different number of antenna array elements. We demonstrate the ability of the proposed system to perform spatial filtering and provide higher gain and smaller BER in the useful signal direction even in presence of a strong interference level

Ce travail traite de la conception et la réalisation d'un démonstrateur d'antennes intelligentes. Il est divisé en deux parties : hardware et traitement du signal. La partie hardware s'intéresse à la conception et la réalisation d'un réseau d'antennes patch à huit éléments fonctionnant à 2. 45 GHz ainsi qu'à l'étude de huit réflectomètres six-portes. Ces éléments permettent la détection des angles d'arrivées de sept signaux qui peuvent représenter des signaux d'interférences, de trajectoires multiples et de bruit. Les réflectomètres (Récepteurs Homodynes) détectent les enveloppes complexes des signaux RF. La partie traitement de signal analyse les enveloppes complexes à l'aide d'un ordinateur en utilisant une carte d'acquisition DAQ. Après un processus de linéarisation et de calibrage des enveloppes (six ou cinq portes), le système sera capable de détecter les angles d'arrivées par l'application d'un algorithme de prétraitement, appelé lissage spatial, associé à un des deux algorithmes à hautes résolutions MUSIC et ESPRIT. Une étude comparative a été faite afin d'analyser l'efficacité des deux types des détecteurs. Une deuxième étude a pour objectif de montrer l'intérêt de l'utlisation du lissage spatial ainsi qu'une comparaison entre les algorithmes MUSIC et ESPRIT. L'efficacité de la détection affecte directement les performances de la partie émission de l'antenne intelligente qui est commandée par notre système de réception.

La mise en réseau de sources d’excitation au sein d’un résonateur BIE permet de bénéficier à la fois des avantages des réseaux (tels que la formation de faisceau, création de zéros de rayonnement, faisceaux dépointés) et du caractère filtrant du résonateur (filtrage spatial, augmentation de directivité, dépointage). Ce manuscrit présente un ensemble de démarches adaptées à la conception et au développement des antennes BIE et en particulier des antennes BIE multi sources. Le calcul de la fonction Sélectivité spatiale est d’abord présenté. Cette fonction traduit le caractère filtrant du résonateur BIE. Pondérée par le diagramme de rayonnement d’une source, cette fonction permet d’analyser rapidement ses performances. La seconde partie du travail est consacrée à la problématique de l’excitation multi sources. Cette partie est illustrée avec la conception, la réalisation et la mesure de deux prototypes. De part le caractère résonant de ce type de structure, la démarche de conception est plus délicate. En effet, l’antenne BIE exacerbe les phénomènes de couplage inter éléments déjà présents dans les antennes multi sources. Pour cette raison, une nouvelle méthode permettant de lever cette difficulté a été développée
A feeding sources arrangement installed in an EBG resonator leads to profit at the same time from the array advantages (such as beamforming, nulling patterns, beam steering) and the resonator filtering attributes (spatial filtering, directivity increasing, steering). This report presents a set of steps that is adjusted to the EBG antennas development and design in particular multi sources EBG antennas. First, a spatial function computation is presented. This function results in the EBG resonator filtering attributes. Weighting the EBG resonator by a source radiation pattern allows the defined function to quickly evaluate the EBG performances. The second part focuses on the multi sources feeding problems. The goal of this part is to design and realize two prototypes. Then, the measures come to validate the antenna design. Aside from the resonating attributes of this kind of structure, the design steps are more tricky. Indeed, the EBG antenna intensifies the coupling phenomena between the radiating elements in the multi sources antennas. For this reason, a novel method overcoming the coupling complication was developed

Dans le cadre de ce travail de recherche, nous nous somme intéressés à un système de télécommunication MIMO (Multiple Input Multiple Output) à multiplexage spatial utilisant des récepteurs Zero-IF et la technique de formation numérique de faisceaux (FF). Le domaine d'application de ces travaux de recherches peuvent être aussi bien les applications fixes (exp: WiFi, IEEE) que les applications mobiles (exp: LTE, 3GPP).
La première partie de ce travail est consacrée à une étude comparative entre les différents types de démodulateurs cinq-port et triphasés. Cette étude a permis de mettre en évidence l'aspect tridimensionnel des démodulateurs cinq-port et triphasés, de gagner 20dB en termes de réjection des produits d'intermodulation des signaux adjacents et de trouver une nouvelle méthode de calibrage aveugle du récepteur.
La seconde partie de la thèse se concentre sur le prototypage d'un système MIMO. Cette phase nous a permis d'exposer les difficultés de mise en place de ce genre de système et de souligner les nouvelles problématiques qui n'apparaissait pas auparavant dans les systèmes mono- transcepteur. Aussi, un algorithme de Formation de Faisceau a été développé dans cette partie. Ce FF numérique a permis non seulement d'accroître la capacité mais aussi la qualité de liaison en considérant le système MIMO comme N système SIMO en parallèle. Comparativement à la technique ZF(Zero Forcing), nous démontrons que le FF permet d'obtenir une meilleure qualité de signaux pour des faibles valeurs de rapport signal à bruit.

Dans le cadre de ce travail de recherche, nous nous somme intéressés à un système de télécommunication MIMO (Multiple Input Multiple Output) à multiplexage spatial utilisant des récepteurs Zero-IF et la technique de formation numérique de faisceaux (FF). Le domaine d'application de ces travaux de recherches peuvent être aussi bien les applications fixes (exp: WiFi, IEEE) que les applications mobiles (exp: LTE, 3GPP). La première partie de ce travail est consacrée à une étude comparative entre les différents types de démodulateurs cinq-port et triphasés. Cette étude a permis de mettre en évidence l'aspect tridimensionnel des démodulateurs cinq-port et triphasés, de gagner 20dB en termes de réjection des produits d'intermodulation des signaux adjacents et de trouver une nouvelle méthode de calibrage aveugle du récepteur. La seconde partie de la thèse se concentre sur le prototypage d'un système MIMO. Cette phase nous a permis d’exposer les difficultés de mise en place de ce genre de système et de souligner les nouvelles problématiques qui n’apparaissait pas auparavant dans les systèmes mono- transcepteur. Aussi, un algorithme de Formation de Faisceau a été développé dans cette partie. Ce FF numérique a permis non seulement d'accroître la capacité mais aussi la qualité de liaison en considérant le système MIMO comme N système SIMO en parallèle. Comparativement à la technique ZF(Zero Forcing), nous démontrons que le FF permet d'obtenir une meilleure qualité de signaux pour des faibles valeurs de rapport signal à bruit
Within the framework of this research work, we have interested to a MIMO (Multiple Input Multiple Output) telecommunication system using the spatial multiplexing, Zero-IF receptors and the digital beamforming technique. The first part in this work is consecrated to a comparative study between two different kinds of Zero-IF demodulators: the classical IQ demodulator and the five-port and three-phase one. This study has allowed to highlight the three dimensional aspect of five-port and three-phase demodulators, to win up to 20dB in terms of rejection of inter-modulation product. Also this three dimensional aspect discovery help us to find a new blind calibration method. The second part of this thesis focuses on the prototyping of a MIMO system. This phase has allowed us to set the difficulties of the implementation of this systems kind and to highlight new problematics that don’t appear beforehand in mono-transceiver system. Moreover, a beamforming algorithm was developed in this part. This digital beamfoming has permit to increase the capacity as well as the quality of link when considering the MIMO system as N parallel SIMO systems. Compared to the ZF (Zero Forcing technique), we have proved that the beamforming permit the achievement a better signal quality for lower values of the signal to noise ratio

Les objectifs essentiels des opérateurs ferroviaires sont d'augmenter la sécurité, de réduire les coûts d'exploitation et de maintenance, d'accroître l'attrait et le profit en offrant de nouveaux services aux passagers. Ces objectifs seront atteintsgrâce à une énorme augmentation des échanges de flux de données entre les infrastructures existantes et les technologies présentes utilisées au bord du train. L'efficacité spectrale, l'optimisation des ressources radioélectriques ainsi que l'interopérabilité mais aussi la fiabilité des communications sont des éléments majeurs pour les applications ferroviaires. Ces contraintes ainsi que l'utilisation sporadique des bandes fréquentielles à disposition ont donné le jour à la radio intelligente. Cette dernière se présente comme une technologie émergente qui améliore les performances des systèmes radio existants en intégrant l'intelligence artificielle avec la radio logicielle. Un système radio intelligent est défini par sa capacité à être conscient de son environnement radioélectrique. En effet, afin d'optimiser au maximum les opportunités spectrales qui lui sont offerts, le dispositif radio intelligent doit être capable de transmettresur des bandes laissées libres tout en réalisant un sondage spectral afin de ne pas interférer avec les utilisateurs ayant la priorité sur la bande mais aussi pour détecter d'autres fréquences vacantes. Dans le cadre de cette thèse, nous proposons de nous concentrer sur la problématique de détection de spectre dans un environnement à très forte mobilité. Certaines contraintes sont à prendre en compte, telles que la vitesse. À cela s'ajoute les contraintes de réglementation concernant les critères de détection, telles que la norme IEEE 802.22 WRAN qui stipule que la détection d'un utilisateur prioritaire doit être réalisée à -21dB dans un laps de temps de 2 secondes. L'objectif est donc de concevoir un terminal radio intelligent dans les conditions physiques et réglementaires de transmission dans un environnent ferroviaire
The main objectives of railway operators are to increase safety, reduce operating and maintenance costs, increase attractiveness and profit by offering new services to customers. These objectives will be achieved through a huge increase of data fluxes between existing infrastructure and the technologies currently used on the train. Spectral efficiency, optimization of radio resources, interoperability and reliability of communications are major elements for railway applications. These constraints and the sporadic use of available frequency bands have gave rise to cognitive radio. Cognitive radio is an emerging technology that improves the performance of existing radio systems by integrating artificial intelligence with software radio. A cognitive radio system is defined by its ability to be aware of its radio environment. Indeed, to optimize as much as possible the available spectral opportunities, the cognitive radio device must be able to transmit on free bands while performing a spectrum sensing to not interfere with users having priority on the band and to detect other vacant frequencies. As part of this thesis, we propose to focus on the problem of spectrum detection in a highly mobile environment. Some constraints should be considered, such as speed. Added to this, there are regulatory constraints on detection criteria, such as the IEEE 802.22 WRAN standard, which stipulates that detection of a priority user must be performed at -21 dB within a period of 2 seconds. The objective is therefore to design an intelligent radio terminal in the physical and regulatory conditions of transmission in a railway environment

Cette thèse est basée sur un brevet réalisé chez XLIM Systèmes RF. La thèse précédente se concentre sur la partie théorique MARPEM et une certaine validation en polarisation linéaire. Dans cette thèse, nous avons visé à introduire le système MARPEM aux applications de polarisation circulaire en général et aux applications spatiales en particulier. Dans toute la thèse, MARPEM à polarité circulaire avec une architecture différente est réalisée avec la conception de circuits de polarisation et de diviseurs de puissance. On présente la formation de faisceau du motif Isoflux large avec le taux d'ellipticité, ainsi que des faisceaux de balayage sont réalisés pour grand azimut angles avec un bon taux d'ellipticité. Tous les résultats sont comparés à l'antenne réseau classique AESA. La fabrication de MARPEM à polarité circulaire et les circuits de polarisation et le diviseur de puissance sont effectués et les mesures correspondantes sont présentées. Ensuite, dans les perspectives, on s'attend à des défis différents dans un travail futur pour l'amélioration de système MARPEM
This thesis is based on a patent done at XLIM RF-Systems. Previous thesis focuses on the ARMA theoretical part and some validation in linear polarization. In this thesis we aimed to introduce the system ARMA to the circular polarization applications in general and to space applications especially. In the entire thesis circularly polarized ARMA with different architecture are achieved with the design of polarization circuits and power dividers. Beam forming of the wide Isoflux pattern with the axial ratio are presented, also scanning beams are achieved for far angles with good axial ratio. All the results are compared with the classical array antenna AESA. Manufacturing of circularly polarized ARMA and the polarization circuits and the power divider are done and the corresponding measurements are presented. Then in the perspectives different challenges are expected to be in a future work for enhancement of the whole ARMA system

Les aciers appelés ODS (pour Oxide Dispersion Strengthened), renforcés par une dispersion homogène de nano-oxydes, sont des matériaux de structure avancés pour les futurs réacteurs nucléaires de fusion et de fission. En effet ces nano-oxydes, à base d’Y et Ti, servent comme centres de recombinaison de défauts ponctuels et d'obstacles aux mouvements des dislocations, améliorant de ce fait leur résistance aux radiations et aux températures élevées. La fabrication conventionnelle des aciers ODS est réalisée par broyage mécanique suivi de traitements thermo-mécaniques, et ne permet pas facilement de comprendre les mécanismes physiques conduisant à la précipitation des nano-oxydes, ce qui serait potentiellement utile pour optimiser leur production. La cinétique de formation de ces nano-oxydes peut être étudiée en utilisant une technique alternative, à savoir la synthèse par faisceaux d’ions, qui présente de nombreux avantages, notamment le contrôle précis des paramètres expérimentaux et la possibilité de décorréler divers facteurs contribuant à la cinétique de précipitation. Au cours de cette thèse, cette technique a été utilisée pour étudier la coprécipitation d'ions métalliques (Y et/ou Ti) et d'oxygène implantés dans un alliage modèle Fe-Cr de composition proche de celle typique des aciers ODS commerciaux. Des ions de Y, Ti et O à basse énergie ont été implantés dans des échantillons d'alliage Fe10wt%Cr de haute pureté à température ambiante. Les échantillons implantés ont ensuite été recuits à diverses températures entre 600 à 1100°C pour favoriser la précipitation de nano-oxydes, conformément au principe de cette technique. La microscopie électronique à transmission a été utilisée pour caractériser la structure cristallographique et la composition chimique des nano-oxydes formés lors de trois séries d'expériences. Tout d'abord, l'implantation séquentielle d'ions Ti et O a été mise en œuvre. Un recuit ultérieur a révélé qu’il n’y avait pas de précipitation d'oxyde de titane jusqu’à des températures inférieures à 1000°C, mais la présence de nano-oxydes riches en chrome avec une structure hexagonale de type corundum, qui contiennent une certaine quantité de Ti à des températures suffisamment élevées. Ce n’est qu’après le recuit à 1100°C que des nano-oxydes d’un autre type à cœur enrichi en Ti et coquille enrichie en Cr ont également été observés. Deuxièmement, l'implantation séquentielle d’ions Y et O a entraîné la formation à 800°C de nano-oxydes probablement riches en yttrium. Le recuit à 1100°C a favorisé la croissance des particules identifiées comme étant des nano-oxydes d’yttrium avec une coquille enrichie en Cr. Enfin, une implantation ionique séquentielle de deux ions métalliques (Y et Ti) a été réalisée, suivie d'une implantation d’O. L'ordre d'implantation des ions métalliques s'est révélé crucial pour la précipitation de nano-oxydes lors du recuit ultérieur. Lors de la séquence avec une implantation de Ti en premier, une précipitation d'oxyde riche en chrome de structure corundum hexagonale a été observée, très similaire au cas de l'implantation d’ions Ti et O. En revanche, la séquence avec une implantation d’ions Y en premier a produit des nano-oxydes d'yttrium-titane qui possèdent une structure non identifiable. En résumé, l’étude a démontré la faisabilité de la formation de nano-oxydes de Y, Ti et (Y, Ti) par implantation ionique. La thèse présente la caractérisation détaillée de ces nano-oxydes, ainsi que certaines de leurs caractéristiques spécifiques, telles que la présence de relations d'orientation entre les nano-oxydes et la matrice FeCr, qui ont été observées même dans le cas de nano-oxydes de type corundum riches en Cr. Enfin, les résultats obtenus, combinées avec les données de la littérature, sont discutées pour une meilleure compréhension des mécanismes impliqués dans la formation des nano-oxydes dans les aciers ODS
Oxide Dispersion Strengthened (ODS) steels, that is steels reinforced with a homogeneous distribution of (Y,Ti) oxide nano-particles, are advanced structural materials for nuclear applications. The oxide particles serve as point defect recombination centres and obstacles to dislocation motion thereby improving radiation resistance and high-temperature strength of these steels making them perfect candidate materials for future fusion and fission nuclear reactors. The conventional fabrication of ODS steels is achieved by mechanical alloying followed by thermomechanical heat treatments. This way of ODS steel production seems complicated to understand the physical mechanisms leading to the precipitation of nano-oxide particles. The kinetics of nanoparticle formation can be much better studied using an alternative technique of nanoparticle growth, namely Ion Beam Synthesis (IBS). This approach has many advantages including the precise control of experimental parameters and the ability to de-correlate various factors contributing to precipitation kinetics. A better knowledge gained in this way would be potentially helpful for optimization of ODS steel production routines. In the course of this PhD study, the IBS approach was applied to investigate the co-precipitation of metal (Y and/or Ti) and oxygen ions implanted into a model Fe-Cr alloy with the composition close to those typical for commercial ODS steels. Following the standard IBS schedule, consisting of ion implantation followed by high-temperature heat treatment, ions of Y, Ti and O at low energies were implanted into high-purity Fe10wt%Cr alloy samples at room temperature. The implanted samples were then annealed at various temperatures ranging from 600 to 1100°C to promote the precipitation of nano-oxide particles. A range of Transmission Electron Microscopy techniques were used to characterize the crystallographic structure and chemical composition of the nanoparticles. The study has been performed following three sets of experiments. First of all, the sequential implantation of Ti and O ions was implemented. Subsequent annealing at temperatures below 1000°C revealed that precipitation of titanium oxide was suppressed. Instead, chromium-rich nano-oxide particles with corundum hexagonal structure were found to precipitate. At sufficiently high temperatures these corundum particles were found to contain certain amount of Ti. Only after annealing at the highest temperature of 1100°C, particles of another type with Ti enriched core and Cr enriched shell were additionally fixed. Secondly, sequential Y and O ion implantation resulted in the formation of probable yttrium-rich oxides at 800°C. Annealing at 1100°C promoted their growth to larger sized yttria (Y₂O₃) particles with a Cr enriched shell. Finally, sequential ion implantation of both metal ions (Y and Ti) was performed, followed by O implantation. The order of metal ion implantation has been found to be crucial for subsequent oxide precipitation at the annealing stage. With the Ti implantation first in the sequence, the precipitation of corundum hexagonal chromium-rich oxide was observed, very similar to the case of Ti and O implantation. In contrast, implantation starting with Y produced yttrium-titanium oxide particles with unidentifiable structure. Summing up, the study has demonstrated the feasibility of the formation of Y, Ti and (Y,Ti) oxides by ion implantation. The thesis presents the detailed characterization of the nanoparticles, as well as the discovered specific features of precipitated particles, such as the presence of orientation relationships between the particles and the FeCr matrix, which was observed even for the case of Cr-rich corundum particles. Finally, the implications of the obtained results, in conjunction with the already known data from the existing literature, for the better understanding of the mechanisms involved in the formation of nano-oxide particles in ODS steels are discussed

Ce mémoire est consacré à l’étude et au développement d’un nouveau système antennaire agile en rayonnement appelé MARPEM (Matrice Agile Rayonnante à Pixels Elaborés en Métamatériaux). Ce système est formé d’une matrice planaire formée par un agencement jointif de pixels électromagnétiques. Le concept du pixel est inspiré de l’antenne à Bande Interdite Electromagnétique et entouré par une enceinte murale. Ces pixels sont alimentés par des circuits de formation de faisceaux.Des études théoriques approfondies ont montré des performances électromagnétiques de MARPEM concernant le faible couplage mutuel, les forts pointages électroniques et l’élimination de lobes de réseau. Trois prototypes ont été étudiés et réalisés afin de valider expérimentalement les performances de MARPEM et de répondre aux exigences de différentes applications
This PhD thesis is dedicated to the study and the development of a novel agile antenna system called ‘Agile Radiating Matrix with Metamaterials Pixels’. This system is formed by a planar matrix which is composed by an association of jointed electromagnetic pixels. The pixel design is inspired from the electromagnetic band gap antenna and it is surrounded by metallic walls. These pixels are fed by means of several beam forming networks.The intensive theoretical study made on the matrix antenna, showed several electromagnetic performances concerning the low mutual coupling, the great beam steering for high scanning angles and the elimination of grating lobes. Three manufactured prototypes are presented in order to experimentally validate the matrix performances and to respond to some application requirements

Cette thèse est consacrée à l'étude d'algorithmes de filtrage spatial ou spatio-temporel dans deux contextes d'application différents. Dans une première partie de la thèse, nous nous intéressons à des algorithmes de traitement d'antenne sur signaux large bande. Puis, dans une seconde partie, nous considérons le problème du filtrage de signaux radar bande étroite en configuration radar terrestre à antenne tournante. Dans la première partie de ce document, notre contribution a porté principalement sur les points suivants : dans le cadre de l'étude de robustesse de la formation de faisceaux bande étroite par rapport à la largeur de bande, le calcul en statistiques exactes d'expressions explicites de la perte en performance en termes de SINR en présence de signaux non strictement bande étroite et la relation entre cette perte et le critère couramment utilisé dans la littérature pour définir un environnement bande étroite. La démonstration d'une extension du théorème de Szegö aux valeurs propres généralisées de matrices Hermitiennes bloc Toeplitz et multi-niveaux Toeplitz bloc Toeplitz générées par des séquences d'éléments absolument sommables et l'application des résultats à l'étude de performance asymptotique au sens du nombre de retards, en statistiques exactes, du filtrage spatio-temporel large bande maximisant le SINR. Dans la deuxième partie de ce document, notre contribution a porté principalement sur les points suivants : la proposition d'algorithmes de filtrage spatial non stationnaire basés sur un calcul de filtres variant dans le temps, pour l'antibrouillage en contexte radar à antenne tournante, et l'étude de performance théorique et par simulations de ces algorithmes. La proposition d'algorithmes de filtrage spatio-temporel, pour la rejection conjointe des brouilleurs et du fouillis en contexte radar à antenne tournante, et leur étude de performance théorique et/ou par simulations.

Cette thèse présente la conception, réalisation et mesure d’un réseau d’antennes reconfigurable dans la bande 3,4-3,8 GHz. Le réseau actif est composé de 16 dipôles à double polarisation qui peuvent rayonner un faisceau pouvant dépointer dans un plan sur un secteur angulaire de ±45°. Grâce à l’utilisation d’un générateur de signaux arbitraires, deux faisceaux pointant dans deux directions peuvent être rayonnés simultanément à deux fréquences différentes et reconfigurés à souhait. Ce réseau peut être vu comme un candidat pour de futurs systèmes de communication terrestre. Deux opérateurs mobiles pourraient alors partager le même réseau d’antennes. Les étapes de la conception du réseau sont détaillées progressivement, de l’élément unitaire, vers le réseau passif, puis reconfigurable par paquets, pour finir par le réseau complètement reconfigurable. La conception du réseau a eu pour ligne directrice la réduction de consommation d’énergie. Ainsi, des outils de synthèse ont été développés pour exploiter au mieux les caractéristiques de consommation des amplificateurs utilisés. De nombreux résultats de mesure valident les performances en rayonnement du réseau à chaque étape intermédiaire. De plus, ils montrent la réduction de consommation d’énergie réalisée et valident ainsi expérimentalement l’intérêt pratique des outils de synthèse développés
This thesis is dedicated to the design, manufacturing and characterization of a reconfigurable antenna array in the 3.4-3.8 GHz band. The active array is composed of 16 dual polarized dipoles that are able to radiate a beam steerable from ± 45° in a plane. Thanks to an arbitrary waveform generator, two beams can be radiated in two directions at two different frequencies simultaneously and can be reconfigured at will. This array can be seen as a candidate for future terrestrial communication systems. Two mobile network operators could then share the same antenna array. The steps of the array design are detailed showing the progression from the single antenna, to the passive array, the reconfigurable array by cluster to finish with the fully reconfigurable array. The array design has been driven by the reduction of the energy consumption. For that purpose, array synthesis tools have been developed to leverage at best the consumption characteristics of amplifiers. A number of measurement results validate experimentally the array radiation performances at each step of the design. Moreover, they demonstrate the achieved reduction of energy consumption and thus validate experimentally the practical interest of the developed synthesis tools

Les travaux de cette thèse s’intéressent à un nouveau concept d’antenne reconfigurable offrant un bon compromis entre performances, complexité et coût. Ce concept, qualifié d’hybride, vise à combiner les avantages des réseaux d’antennes lacunaires et des antennes à éléments parasites. Cette hybridation est une alternative à la complexité des réseaux d’antennes conventionnels pour répondre aux exigences d’une architecture modulaire, générique et reconfigurable. L’intérêt majeur de ce concept est de proposer une architecture d’antenne permettant de réduire la complexité du circuit de formation des faisceaux (par la réduction du nombre d’éléments rayonnants à alimenter) tout en adressant les problématiques d’adaptation (TOS actif) des éléments excités. Ceci est permis grâce à la présence d’éléments parasites qui permettent de gérer la diffusion des couplages sur l’antenne. Cette thèse décrit le principe du concept hybride et propose une évaluation de ses potentialités. Par la suite, une définition des éléments à mettre en œuvre pour réaliser une preuve de concept est effectuée, en mettant l’accent sur l’importance de la caractérisation expérimentale. Les performances d’un prototype d’antenne hybride reconfigurable sont ensuite présentées afin de valider les développements et conclure sur cette solution innovante
The work of this thesis aims to investigate a new concept of reconfigurable antenna allowing a good trade-off between performances, complexity and cost. This concept is called ‘hybrid’ because it is based on the capabilities of thinned arrays and parasitic element antennas. It is an alternative to classical antenna arrays and their complexity. The proposed concept has a modular architecture, and a good versatility for reconfigurable beams. The main advantage of this hybrid antenna is the simplicity of its beam formation network (BFN) which requires only a few number of excited elements. The antenna uses parasitic elements to manage the effects of couplings between the electromagnetic access. The problematic of active VSWR is also solved at the antenna level, avoiding the use of additional components in the BFN. This work details the principle of the reconfigurable hybrid antenna concept. The potentialities are evaluated. The elements required to realize a proof of concept are then defined, using a dedicated experimental setup. A prototype is manufactured and the performances have been checked to validate this innovative concept

Les travaux présentés dans ce mémoire portent sur l’étude des Antennes Reconfigurables à Formateur de Faisceaux Réduit. Le concept des ARFFR généralise les travaux d’Harrington sur les antennes ESPAR à des réseaux réguliers composés d’éléments excités et d’éléments parasites. Cette approche vise à simplifier le réseau formateur de faisceaux des antennes afin de démocratiser l’usage d’antennes reconfigurables performantes. L’utilisation de charges réactives connectées aux éléments parasites permet de maintenir un nombre de contrôles suffisant pour gérer le rayonnement de l’antenne et son adaptation active. Dans ce cadre, l’objectif de cette thèse est d’évaluer les performances des ARFFR et de définir des architectures d’antennes permettant la réalisation de fonctions plus complexes que celles vues dans la littérature. Ces travaux doivent nous permettre de déterminer un périmètre d’application et une méthodologie de conception des ARFF. Après avoir présenté une description approfondie du concept ARFFR, ce mémoire propose d’analyser les performances d’une ARFFR en bi-bande en bande Ku. Un véhicule de test est ensuite utilisé pour valider l’approche numérique de modélisation des ARFFR utilisé. Nous élargissons finalement les résultats obtenus en analysant le comportement d’une AFFR en bipolarisation orthogonale
The works presented in this thesis focus on the study of reduced BFN reconfigurableantennas (ARFFR). The concept of ARFFR generalizes the works of Harrington onelectronically steerable parasitic array radiator to regular arrays composed by excited elementsand parasitic ones. This approach aims to simplify the BFN of these antennas in order todemocratize competitive reconfigurable antenna arrays. Thanks to the use of reactive loadsconnected to parasitic elements, controls are maintained to manage both beam forming andactive matching. This thesis aims to assess the performances of the ARFFR and to developantenna architectures which permit to attain complex functions. The scope of application ofARFFR is defined and a design methodology is proposed. This work details the principle ofARFFR concept and analyses the potentialities of a Ku-band ARFFR. The digital approachused to design ARFFR is validated thanks to a demonstrator. Finally, the potentialities of thisconcept are refined by the study of orthogonal bipolarization

Le travail présenté dans ce mémoire de thèse s’inscrit dans le cadre de la réalisation d’un système de transfert et de récupération d’énergie électromagnétique (EM) pour l’approvisionnement en énergie d’un Réseaux de Capteurs Sans Fil (RCSF). Ce système repose sur le principe de la formation de faisceaux appelée « Beamforming » afin de pointer le faisceau de l’onde EM dans la direction du nœud capteur à recharger. Dans la première partie de ce travail, la conception et l’implémentation d’un déphaseur actif à la fréquence de 5,8 GHz, totalement intégré en technologie BiCMOS SiGe:C 0,25 µm, pour la formation de faisceaux ont été présentées. Ce déphaseur est basé principalement sur l’association originale d'un Oscillateur Contrôlé en Tension (OCT) verrouillé par injection et d’un modulateur IQ. Le circuit a été fabriqué et les mesures montrent un contrôle continu du déphasage de 360°. Associé à une antenne élémentaire, ce déphaseur permet de couvrir la totalité de l’angle de dépointage du diagramme de rayonnement lorsque ces circuits seront intégrés dans un réseau antennaire. Dans la deuxième partie, la conception et la réalisation d’un système de récupération d’énergie EM à la fréquence de 5,8 GHz ont été exposées. Après avoir détaillé la méthodologie de conception du circuit redresseur en technologie micro-ruban, le prototype a été fabriqué, mesuré et validé. La dernière étape a consisté en la mise en application d’un système de Transmission d’Energie Sans Fil (TESF). Le circuit « rectenna » a ainsi été associé à un module de gestion d’énergie du commerce afin d’alimenter une charge résistive modélisant le comportement d’un capteur. Le système global a été caractérisé expérimentalement au laboratoire et les mesures ont démontré des résultats prometteurs
The work presented in this thesis is a contribution to the design of a Wireless Power Transfer system (WPT) as a reliable source to supply “Wireless Sensor Network” (WSN). The beamforming concept is used to efficiently transfer the energy wirelessly by focusing the radiation pattern toward each sensor forming the WSN. In the first part of this work, the design and the implementation of a fully integrated active phase shifter, in a BiCMOS SiGe:C 0,25 µm technology, for beamforming was presented. This phase shifter is based on an original architecture using an Injection-Locked Oscillator (ILO) associated with an in-phase/quadrature (IQ) modulator.The circuit was manufactured and the measurement results show a continuously controlled 360° phase shiftrange. Applied to each element of the antenna array, this phase shifter covers the entire beam-scanning range of the radiation pattern. In the second part, the design and implementation of an RF energy harvester system at 5.8 GHz is presented. After detailing the design methodology of the rectifier circuit in microstrip technology, the prototype was manufactured, measured and validated. Finally, the "rectenna" was combined to a commercial power management circuit to supply a resistive load emulating the behaviour of a sensor. The complete WPT system was tested experimentally in the laboratory and excellent performances are demonstrated

L'objectif du travail proposé est de concevoir et commander un groupe des robots mobiles similaires et d'architecture simple appelés m-bots (mono-robots). Plusieurs m-bots ont la capacité de saisir ensemble un objet afin d'assurer sa co-manipulation et son transport quelle que soit sa forme et sa masse. Le robot résultant est appelé p-bot (poly-robot) et est capable d'effectuer des tâches de déménageur pour le transport d'objets génériques. La reconfigurabilité du p-bot par l'ajustement du nombre des m-bots utilisés permet de manipuler des objets lourds et des objets de formes quelconques (particulièrement s'ils sont plus larges qu'un seul m-bot). Sont considérés dans ce travail l'évitement d'obstacle ainsi que la stabilité du p-bot incluant la charge à transporter. Une cinématique pour un mécanisme de manipulation a été proposée et étudiée. Ce dernier assure le levage de la charge et son dépôt sur le corps des robots pour la transporter. Plusieurs variantes d'actionnement ont été étudiées : passif, avec compliance et actionné. Un algorithme de positionnement optimal des m-bots autour de l'objet à manipuler a été proposé afin d'assurer la réussite de la tâche à effectuer par les robots. Cet algorithme respecte le critère de "Force Closure Grasping" qui assure la stabilité de la charge durant la phase de manipulation. Il maintient aussi une marge de stabilité statique qui assure la stabilité de l'objet durant la phase de transport. Enfin, l'algorithme respecte le critère des zones inaccessibles qui ne peuvent pas être atteintes par les m-bots. Une loi de commande a été utilisée afin d'atteindre les positions désirées pour les m-bots et d'assurer la navigation en formation, durant la phase du transport, durant laquelle chaque robot élémentaire doit maintenir une position désirée par rapport à l'objet transporté. Des résultats de simulation pour un objet de forme quelconque, décrite par une courbe paramétrique, sont présentés. Des simulations 3D en dynamique multi-corps ainsi que des expériences menées sur les prototypes réalisés ont permis de valider nos propositions
Our goal in the proposed work is to design and control a group of similar mobile robots with a simple architecture, called m-bot. Several m-bots can grip a payload, in order to co-manipulate and transport it, whatever its shape and mass. The resulting robot is called a p-bot andis capable to solve the so-called "removal-man task" to transport a payload. Reconfiguring the p-bot by adjusting the number of m-bots allows to manipulate heavy objects and to manage objects with anyshape, particularly if they are larger than a single m-bot. Obstacle avoidance is addressed and mechanical stability of the p-bot and its payload is permanently guaranteed. A proposed kinematic architecture for a manipulation mechanism is studied. This mechanism allows to lift a payload and put it on them-bot body in order to be transported. The mobile platform has a free steering motion allowing the system maneuver in any direction. An optimal positioning of the m-bots around the payload ensures a successful task achievement without loss of stability for the overall system. The positioning algorithm respects the Force Closure Grasping (FCG) criterion which ensures the payload stability during the manipulation phase. It respects also the Static Stability Margin (SSM) criterion which guarantees the payload stability during the transport. Finally, it considers also the Restricted Areas (RA) that could not be reached by the robots to grab the payload. A predefined control law is then used to ensure the Target Reaching (TR) phase of each m-bot to its desired position around the payload and to track a Virtual Structure (VS), during the transportation phase, in which each elementary robot has to keep the desired position relative to the payload. Simulation results for an object of any shape, described by aparametric curve, are presented. Additional 3D simulation results with a multi-body dynamic software and experiments by manufactured prototypes validate our proposal

L'interférence entre stations de base est considérée comme le principal facteur limitant les performances des réseaux cellulaires. Nous nous intéressons aux différents schémas de coordination multi-point (CoMP) proposés dans la norme LTE-A pour y faire face, en tenant compte de l'aspect dynamique du trafic et de la mobilité des utilisateurs. Les résultats sont obtenus par l'analyse mathématique de modèles markoviens et par des simulations du système. Nous montrons l'importance de l'algorithme d'ordonnancement sur les performances en présence d'utilisateurs mobiles, pour des services de téléchargement de fichier et de streaming vidéo. Nous proposons un nouvel algorithme d'ordonnancement basé sur la dé-priorisation des utilisateurs mobiles se trouvant en bord de cellule, afin d'améliorer l'efficacité globale du système. Nous montrons ensuite qu'il est intéressant d'activer la technique dite Joint Processing uniquement dans un réseau à forte interférence, son activation dans un réseau à faible interférence pouvant conduire à une dégradation des performances. Nous proposons un nouveau mécanisme de coordination où une cellule ne coopère que lorsque sa coopération apporte un gain moyen de débit suffisant pour compenser les pertes de ressources engendrées. Nous considérons enfin la technique de formation de faisceaux coordonnée. Nous montrons notamment que la coordination n'est pas nécessaire lorsque l'on dispose d'un grand nombre d'antennes par station de base, un simple mécanisme d'ordonnancement opportuniste permettant d'obtenir des performances optimales. Pour un nombre limité d’antennes parstation de base, la coordination est nécessaire afin d’éviter l’interférence entre les faisceaux activés, et permet des gains de performance substantiels
Interference is still the main limiting factor in cellular networks. We focus on the different coordinated multi-point schemes (CoMP) proposed in the LTE-A standard to cope with interference, taking into account the dynamic aspect of traffic and users’ mobility. The results are obtained by the analysis of Markov models and system-level simulations. We show the important impact of the scheduling strategy on the network performance in the presence of mobile users considering elastic traffic and video streaming. We propose a new scheduler that deprioritizes mobile users at the cell edge, in order to improve the overall system efficiency. We show that it is interesting to activate Joint Processing technique only in a high-interference network, its activation in a low-interference network may lead to performance degradation. We propose a new coordination mechanism, where a cell cooperates only when its cooperation brings a sufficient mean throughput gain, which compensates the extra resource consumption. Finally, we show that the coordination of beams is not necessary when a large number of antennas is deployed at each base station; a simple opportunistic scheduling strategy provides optimal performance. For a limited number of antennas per base station,coordination is necessary to avoid interference between the activated beams, allowing substantial performance gains