L'optimisation de l'utilisation des liens satellites est un enjeu majeur pour augmenter la rentabilité des systèmes satellites. L'augmentation de la réutilisation des fréquences est une des approches les plus prometteuses. La réutilisation des fréquences permet de transmettre plus d'informations sur une même fréquence, pour peu que les interférences entre les deux signaux ne soient pas trop importantes. Il est donc capital de contrôler l'impact de ces interférences, que ce soit via l'utilisation de schémas de réutilisation de fréquences, ou encore via des techniques de coordination dynamique des interférences, où la sélection des utilisateurs qui peuvent transmettre sur les mêmes fréquences est faite en prenant les interférences en compte / Optimizing satellite links is a major challenge to increase satellite systems profitability. Increasing the frequency reuse is one of the most promising approaches. Reusing multiple times the same frequency enables to transmit more information on the same frequency, as long as the two or more signals do not generate too high mutual interferences. It is therefore of capital importance to control these interference impacts, be it through the use of frequency reuse scheme or through the use of advanced dynamic interference coordination techniques, where the user selection is done with the knowledge of interference levels.

Les communications sans fil sont essentielles pour les nouveaux systèmes des transports. Ainsi, ces communications sans fil doivent être capables d'opérer sans interruption quelque soit l'environnement électromagnétique (EM) dans lequel elles se trouvent. Pour cette raison, nous nous étudions comment certains environnements EM affectent les systèmes de communication. Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés aux trains à grande vitesse. Dans ce secteur, on peut trouver des interférences EM intentionnelles (IEMI) et des interférences EM non intentionnelles (EMI). Nous avons considéré comme EMI les signaux interférences électromagnétiques transitoires produites par les pertes de contact entre la caténaire et le pantographe. Pour les IEMI, nous avons utilisé des signaux d'interférence générés par des brouilleurs. Nous avons étudié la vulnérabilité du réseau de communication IEEE 802.11n face à ces différents types d'interférences. Par la suite nous avons identifié le mécanisme d'accès au canal comme un point potentiellement vulnérable aux deux types d'interférences. En effet, une interférence de faible puissance peut faire croire que le canal est occupé, empêchant toute communication. Concernant les IEMI, nous avons remarqué que la période de balayage de la bande de fréquence du signal du brouillage est un paramètre important pour que celui-ci soit efficace. Pour les signaux EMI, nous avons identifié la période DIFS comme étant un autre paramètre vulnérable de la norme, car à partir d'un certain niveau de puissance d'interférence et dès que l'intervalle de répétition entre les transitoires est inférieur au DIFS, la communication est systématiquement interrompue. / Wireless communications are essential for new transportation systems. Thus, these wireless communications must be able to operate without interruption, regardless of the electromagnetic (EM) environment. For this reason, we study how some EM environments affect communication systems. In this thesis, we are particularly interested in the transportation sector, especially high speed trains. In this sector, both unintentional EM interferences (EMI) and intentional EM interferences (IEMI) can be found. We considered unintentional EM interferences (EMI), such as transient EM interference signals produced by contact losses between the catenary and the pantograph. For intentional EM interferences (IEMI) we used interference signals as those generated by low power commercial jammers. We have studied the vulnerability of the IEEE 802.11n communication network facing these different interference types. We identified the channel access mechanism as a vulnerable feature of IEEE 802.11n. As a matter of fact, in the presence of low power interferences, the channel can be considered busy by the channel access mechanism, preventing any communication. With regard to the IEMI, we have noticed that the sweep period of the frequency band of the jamming signal is an important parameter on the jamming performance. For transient EM interference signals, we identified the DIFS period as another vulnerable parameter of the standard. Indeed, when the repetition interval between transients is lower than DIFS period, with a certain interference power level, the communication is systematically interrupted.

La rareté du spectre radio et la demande croissante de bande passante rendent l'optimisation de l'utilisation du spectre essentiel. Tandis qu'une efficacité maximale devrait être atteinte, un niveau minimal d'interférence devrait être maintenu. L’OFDM a été retenu comme un schéma de modulation dans plusieurs normes sans fil. L'estimation de canal est une tâche fondamentale dans les systèmes OFDM et elle devient plus difficile en présence d'interférence. Dans cette thèse, notre objectif est de proposer des algorithmes d'estimation de canal pour les systèmes OFDM en présence d’interférence, où les algorithmes classiques échouent. Tout d'abord, nous considérons l'environnement radio intelligente et nous proposons un nouveau cadre d'estimation de canal pour les canaux à variations rapides contaminés par des interférences bandes étroites (NBI). Cela est accompli avec l'algorithme EM et une expression explicite pour l'estimation de la puissance du bruit est obtenue. Ensuite, nous considérons un nouveau schéma de pilotes superposés (DNSP) qui assure des pilotes sans interférence au détriment d'interférence des donnés. Donc, un récepteur adapté à son design doit être conçu. Nous proposons un annuleur d’interférences (IC) à faible complexité pour les canaux à variations lentes avec DNSP. Cependant, la performance de l'IC proposé n'est fiable que quand l'erreur de l'estimation du canal est faible. Donc, dans une autre contribution, nous proposons un IC pour DNSP en tenant compte des erreurs d'estimation du canal. Enfin l'estimation robuste du canal est considérée comme l’une des perspectives de cette thèse. / The scarcity of the radio spectrum and the increasing demand on bandwidth makes it vital to optimize the spectrum use. While a maximum efficiency should be attained, a minimal interference level should be maintained. OFDM has been selected as the modulation scheme in several wireless standards. Channel estimation is a fundamental task in OFDM and it becomes even more challenging in the presence of interference. In this thesis, our aim is to propose channel estimation algorithms for OFDM systems in the presence of interference, where conventional channel estimators designed for OFDM fail. First, we consider the cognitive radio environment and propose a novel channel estimation framework for fast time-varying channels in OFDM with NBI. This is accomplished through an expectation maximization (EM) based algorithm. This formulation allows us to obtain a closed-form expression for the estimation of the noise power. In this thesis, we are particularly interested in a very recent scheme of superimposed pilots for OFDM (DNSP). DNSP assures interference-free pilots at the expense of data interference. Seen the modernity of DNSP, a suitable receiver has to be designed to cope with its design. We first propose a low-complexity interference canceler (IC) for slow time-varying channels with DNSP. The performance of the proposed IC is guaranteed when the channel estimation error is small. As another contribution, we extend the design of the approximated IC for DNSP so as to take the channel estimation errors into account. Finally, we consider robust channel estimation which can be viewed as one of the perspectives of this thesis.

Les lustres sont un type de céramiques produites dans le bassin méditerranéen entre le VIIIe et le XVIe siècle. Les potiers de cette époque ont mis au point un procédé permettant d'obtenir à la surface de la céramique une structure à base de nanoparticules de métaux nobles (cuivre et/ou argent). Cette structure est à l'origine des propriétés colorimétriques exceptionnelles des lustres. En effet, la couleur de ces objets change lorsque l'angle d'observation change. Le travail de recherche présenté dans cet ouvrage avait pour but d'une part de caractériser les effets optiques observés et d'autre part de modéliser ces effets. <br /><br />Parmi les phénomènes entrant en jeu, on retrouve des effets d'absorption plasmon, des effets d'interférences et des effets de diffusion. Par ailleurs, des effets d'interférences en dehors de la direction spéculaire ont été mis en évidence. Le travail de modélisation a consisté à développer la simulation de ces effets d'interférence hors spéculaire puis à intégrer dans un même modèle les effets listés précédemment ayant la particularité d'intervenir à des échelles différentes et d'être décrits par des modèles spécifiques. Les spectres obtenus avec le modèle ainsi développé reproduisent les effets de couleur observés.<br /><br />Enfin, le travail de caractérisation effectué sur plus de 200 échantillons provenant de toutes les époques et des principaux centres de production a permis pour la première fois d'obtenir une vue globale de l'ensemble de la production de céramiques lustrées et de mettre en avant des pistes de réflexion sur l'évolution de la technique et le savoir faire des potiers de l'époque.

Ce travail analyse les difficultés soulevées par l'étude des interférences lumineuses. Centré sur les interférences à deux ondes et sur les conditions de leur obtention, il concerne trois dispositifs interférentiels (trous d'Young, miroirs de Fresnel, lames minces) et deux types d'éclairage (totalement ou partiellement cohérent). Une analyse de la physique des interférences, de son histoire, de sa présentation dans les manuels scolaires, et des recherches sur les conceptions dans le domaine des ondes, a été réalisée. Une quinzaine de questionnaires écrits a été élaborée et 758 étudiants français et tunisiens ont été interrogés après enseignement. Plusieurs tendances de raisonnement liées les unes aux autres sont dégagées. Deux se rencontrent de manière transversale à différents domaines de la physique : les étudiants privilégient des aspects perceptifs et diminuent le nombre de grandeurs physiques à prendre en compte. Une autre concerne les difficultés d'interprétation des schémas à rayons parallèles en optique. Une autre rejoint celle dégagée pour la diffraction : les étudiants n'utilisent pas le principe de superposition des amplitudes, une onde modulée en amplitude semble être créée au niveau du dispositif interférentiel et se propager en s'élargissant. Les dernières sont spécifiques aux interférences : pour les obtenir, deux sources ponctuelles suffisent ou deux ondes en phase sont nécessaires. Ce travail débouche sur quelques suggestions pédagogiques : se ramener à la situation à deux sources, préciser les conditions d'obtention des interférences lors de leur introduction, utiliser des schémas avec des rayons et des surfaces d'onde pour la formation des images.

L'objectif de cette thèse est d'étudier la faisabilité et les performances d'un synthétiseur de fréquences agile pour les transmissions multi-bandes multi-utilisateurs destinées aux systèmes de transmission fournissant un très grand débit tout en répondant aux exigences de faible consommation et d'intégration facile. Dans ce contexte, les solutions classiques de synthétiseur de fréquences ne sont pas applicables et il est nécessaire de développer de nouvelles structures qui génèrent les fréquences centrales en permanence. La commutation d'une fréquence à l'autre peut se faire alors très rapidement par simple modification de la configuration des multiplexeurs. Dans la première partie de ce travail nous nous consacrons à l'analyse d'une telle architecture à fort potentiel. Une partie de sa structure est réalisée en technologie conventionnelle BiCMOS afin de valider sa faisabilité ainsi que le fonctionnement des solutions schématiques développées. Grâce à la caractérisation des composants, une analyse de la structure complète est réalisée. Cependant, la complexité de la structure du synthétiseur proposé fait de sorte qu'il existe pour les fréquences générées un grand nombre de fréquences parasites qui induisent des interférences entre utilisateurs. La réduction de leurs effets sur la transmission est l'objet de la deuxième partie de notre travail. Deux solutions numériques de réduction des interférences sont proposées. Elles permettent de rendre le design de la partie analogique moins contraignant en allégeant le cahier des charges et nous ont ainsi permis de simplifier l'architecture du synthétiseur.

Nous avons étudié des systèmes hybrides supraconducteurs/ métal normal balistiques dont la partie normale est une hétérojonction GaAs/AlGaAs, et la partie supraconductrice de l'indium. C'est un système qui permet, grâce à la grande cohérence de phase et la possibilité d'utiliser des grilles, d'envisager la manipulation de paires corrélées dans la partie normale : une nouvelle approche de bits quantiques.<br />Nous avons mis au point un procédé de fabrication de jonctions S/N de très bonnes transparences, avec des dimensions mésoscopique, en faisant diffuser de l'indium. Le problème essentiel est lié à l'inhomogénéité de la diffusion de l'indium. Nous avons caractérisé l'interface par différents types de mesures de transport à très basses températures. Nous avons montré, d'une part que l'indium diffuse de façon directionnel, d'autre part, qu'il ne s'agit ni d'une jonction diffusive ni d'une jonction sale, mais d'une barrière tunnel dont seul un faible nombre de canaux participent à la conduction. Nous avons mis en évidence la présence d'une zone de désordre près de l'interface qui s'étend sur quelques centaines de nanomètres. La présence de filaments d'indium diffusés a été corroborée par l'observation sur des jonctions courtes d'un super courant porté par ces filaments. Nous avons enfin fait une première tentative de manipulation de paires de Cooper à l'aide d'un QPC : nous avons observé des plateaux de conductance en fonction de la tension de grille dont la hauteur est divisée par deux lorsqu'on applique un faible champ magnétique>

Les travaux présentés dans ce mémoire s'inscrivent dans le cadre de la détection d'évènements impulsionnels intermittents en provenance de pulsars. Ces objets astrophysiques sont des étoiles à neutrons hautement magnétisées en rotation rapide, qui émettent un faisceau radio balayant l'espace comme la lentille d'un phare. Ils sont détectables grâce à une instrumentation spécifique. Depuis quelques années, on a découvert de nouvelles catégories de ces pulsars, aux caractéristiques extrêmes, avec en particulier des impulsions individuelles plus intenses et irrégulières comparé à la moyenne. Il faut pouvoir les détecter en temps réel dans un environnement radio perturbé à cause des signaux de télécommunications. Cette étude propose des algorithmes de traitement d'interférences radio fréquence (RFI) adaptés à ce contexte. Plusieurs méthodes de traitement de RFI sont présentées et comparées. Parmi elles, deux ont été retenues et comparées au moyen de simulations Monte Carlo, avec un jeu de paramètres simulant le pulsar et un signal BPSK avec des puissances et des durées différentes. Pour la recherche de nouveaux pulsars, une méthode alternative est proposée (SIPSFAR), combinant capacité de recherche en temps réel et robustesse contre les RFI. Elle est basée sur la transformée de Fourier 2D et la transformée de Radon. Une étude comparative théorique a permis de confronter et comparer la sensibilité de cette nouvelle méthode avec celle communément utilisée par les radioastronomes. La méthode a été implantée sur un GPU GTX285 et testée sur un grand relevé du ciel effectué au radiotélescope de Nançay. Les résultats obtenus ont donné lieu à une comparaison statistique complémentaire à partir de données réelles.

Cette thèse présente l'étude d'un réseau de capteurs pour la surveillance en temps réel de la qualité des eaux souterraines. L'objectif est de réussir à communiquer dans la bande de fréquences libre à 433MHz sur plusieurs dizaines de kilomètres. Le problème majeur des bandes libres est la présence de transmissions parasites (brouilleurs). Nous avons donc, en premier lieu, mis en évidence de la présence de ces brouilleurs et étudier leur impact sur les communications. Après analyse, il s'avère que les brouilleurs sont très nombreux et puissants mais que leur répartition dans la bande est inégale. Une étude spectrale de la bande semble nécessaire, avant la mise en place du réseau, afin de transmettre dans les canaux les moins pollués. Des communications nocturnes sont également à privilégier car les brouilleurs sont moins nombreux la nuit. Nous présentons ensuite une architecture réseau, adaptée au cahier des charges et à cette bande de fréquences. Nous avons également testé un composant RF dédié aux transmissions en bande ISM. Les résultats montrent que les performances de ce composant sont faibles pour des communications longues distances en présence de brouilleurs. Un récepteur radiofréquence simple ne permet donc pas de réaliser des communications fiables dans ces conditions. Le prototype complet du réseau, développé durant ces travaux, est ensuite décrit. Pour finir, nous proposons un nouveau concept de récepteur, utilisant un réseau d'antennes phasé et un détecteur cyclostationnaire, pour pallier au problème des brouilleurs. Le but est de stocker les signaux reçus pour les traiter en temps différé à l'aide d'algorithmes de filtrage spatial. Des simulations montrent l'efficacité de ce concept.

Cette thèse étudie les optimisations d’allocation de ressources dans le lien retour de systèmes satellites à faisceaux multipleslimités par les interférences et pouvant être vus comme des systèmes MIMO virtuels. Cette thèse se focalise sur lesinterférences générées par les utilisateurs positionnés dans différents faisceaux et transmettant en même temps et avec lamême fréquence. Le nombre de fréquences (couleurs) présent dans le système satellite modifie la bande passante et de cefait la capacité du système. Quand ce nombre est réduit, par ex. une seule couleur, le niveau d’interférences augmente maisla bande passante dans chaque faisceau est plus grande. Il y a donc un compromis entre nombre de couleurs et niveaud’interférences. L’influence du canal satellite est tout d’abord évaluée en analysant le taux d’erreur obtenu avec diversestechniques de suppression d’interférences. La thèse s’oriente ensuite vers la théorie de l’information et étudie l’impact dunombre de couleurs sur les débits totaux. La détection multi-utilisateurs est prise en compte pour dériver les débitsutilisateurs et en particulier le critère max-min est appliqué, montrant une amélioration du niveau d’équité. Les différentsrésultats sont utilisés pour optimiser l’allocation des ressources mais l’ordonnancement pour des systèmes MIMO à grandeéchelle représente une tâche difficile, le domaine de recherche étant de taille prohibitive. De ce fait cette thèse étudie aussides algorithmes heuristiques à complexité réduite, basés sur la théorie des graphes, visant à trouver des ordonnancementssous-optimaux. Enfin le nombre de faisceaux et d’utilisateurs pris en compte pour l’ordonnancement sont étudiés pourproposer de nouveaux algorithmes satisfaisant des contraintes de qualité de service. / This Ph.D. investigates resource management optimisations in the return-link of interference-limited multi-beam satellitesystems which can be seen as virtual MIMO systems. It focuses on the interference that users located in different beamsgenerate towards each other, when transmitting data at the same time and on the same frequency. The number offrequencies (colours) present in the satellite system rules the overall bandwidth and therefore the system capacity. Whenthe number of colours becomes low, e.g. considering one colour, the level of interference increases dramatically but thebandwidth available in each beam gets higher. Hence there is a tradeoff between number of colours and level ofinterference. The influence of the satellite channel is first studied by analysing the BER obtained through interferencecancellation techniques. The Ph.D. then moves towards information theory and investigates the impact of the colours onthe achievable sum rates. MUD schemes are then used to derive the per-user rates, and the max-min criterion is applied tothe user rates showing an improvement of the level of fairness between users. The different outcomes are used to optimisethe resource management. However, scheduling for large scale MIMO systems, as in the return-links of satellitecommunications, represents a challenging task, since the search space is prohibitive large. For this reason this Ph.D. alsoinvestigates low complexity heuristic algorithms based on graph theory with the aim of finding sub-optimal schedules.Finally, the number of spot beams and the number of users considered for scheduling are studied so as to propose newalgorithms aiming to satisfy quality of service constraints.