L'évolution de la prospère famille des standards 802.11 a encouragé le développement des technologies appliquées aux réseaux locaux sans fil (WLANs). Pour faire face à la toujours croissante nécessité de rendre possible les communications à très haut débit, les systèmes à antennes multiples (MIMO) sont une solution viable. Ils ont l'avantage d'accroître le débit de transmission sans avoir recours à plus de puissance ou de largeur de bande. Cependant, l'industrie hésite encore à augmenter le nombre d'antennes des portables et des accésoires sans fil. De plus, à l'intérieur des bâtiments, la déficience de rang de la matrice de canal peut se produire dû à la nature de la dispersion des parcours de propagation, ce phénomène est aussi occasionné à l'extérieur par de longues distances de transmission. Ce projet est motivé par les raisons décrites antérieurement, il se veut un étude sur la viabilité des transcepteurs sans fil à large bande capables de régulariser la déficience de rang du canal sans fil. On vise le développement des techniques capables de séparer M signaux co-canal, même avec une seule antenne et à faire une estimation précise du canal. Les solutions décrites dans ce document cherchent à surmonter les difficultés posées par le medium aux transcepteurs sans fil à large bande. Le résultat de cette étude est un algorithme transcepteur approprié aux systèmes MIMO à rang déficient.

Afin de répondre aux besoins de la Radio Logicielle, les futurs systèmes de numerisation devront convertir en large bande et être versatiles. Les convertisseurs analogique/numérique à bancs de Filltres hybrides (BFH) sont une solution intéressante. Ils se composent d'un banc de ¯Filtres analogiques dit banc d'analyse, de convertisseurs analogique/numérique et d'un banc de Filltres numériques dit banc de synthèse. Ce travail a abouti àde nouvelles méthodes de synthèse des BFH qui prennent en compte les contraintes de réalisation des Filtres analogiques. En effet, elles partent d'un banc d'analyse quelconque mais supposé connu et calculent alors un banc de synthèse. Nous avons aussi montré l'intérêt et surtout la possibilité de la conversion à BFH en bande passante. De plus, les futurs systèmes de numérisation devront être ca- pables de s'adapter dynamiquement à différents standards et différentes modulations. Or, dans les BFH, les Filtres de synthèse étant numériques, leurs coeffcients peuvent être modiffiés par logiciel en fonction des besoins. Nous avons exploité cette idée et obtenu une méthode qui permet d'améliorer la résolution potentielle dans une bande de fréquence restreinte. Enfin, les méthodes présentées jusqu'alors trouvent un banc de Filtres numériques à réponse impulsionnelle finie (RIF). Or on peut aussi penser à utiliser des Filtres à réponse impulsionnelle infinie (RII). Les études ont montré que dans certains cas, les Filtres RII permettent d'obtenir un BFH plus performant qu'un BFH à Filtres RIF pour le même nombre d'opérations numériques. Nous avons mis au point plusieurs méthodes de synthèse de Filtres RII pour BFH.

Du fait d'une demande croissante du marché concernant les réseaux de capteurs sans-fil, le développement de nouvelles solutions radio devient nécessaire afin de répondre aux contraintes de coût, de consommation, de débits et de durée de vie de ces domaines d'applications émergents.<br />Associée à ce contexte applicatif, cette thèse propose dans un premier temps une présentation des fondamentaux de la technologie Ultra Large Bande (ULB) suivie par un statut sur la réglementation mondiale et le standard IEEE 802.15.4a ; un cahier des charges d'un émetteur impulsionnel est ainsi établi. Confronté à un état de l'art des générateurs d'impulsions, il met en lumière la nécessité de développer de nouveaux émetteurs, ce que nous proposons à travers une architecture basée autour d'un DAC RF différentiel fonctionnant à 4GHz. Un principe novateur de génération de bursts compatibles avec le standard IEEE 802.15.4a est ensuite développé ; il permet de réduire la complexité globale de l'émetteur. Dans un second temps, l'architecture proposée est dimensionnée au niveau de ses blocs numériques et RFs puis son implémentation est effectuée dans la technologie ST CMOS 65nm. Le principe fonctionnel de l'architecture du générateur est validé par la mesure du circuit qui affiche une efficacité de 38pJ par impulsion pour une fréquence de répétition de 500MHz et une puissance moyenne de sortie de 0dBm.

Les travaux présentés dans cette thèse se situent dans le cadre de la transmission OFDM appliqué au contexte Ultra Large Bande. L'objectif principal va être l'estimation du canal de propagation et la conception de récepteurs en prenant en compte la connaissance non idéale du canal. On propose d'abord une approche semi-aveugle d'estimation du canal basée sur l'algorithme EM. Le canal est décrit au moyen de sa décomposition dans une base d'ondelettes, ce qui fournit une représentation parcimonieuse. La complexité de l'estimation est réduite grâce au fait que les coefficients d'ondelettes jugés non significatif sont écartés. Ensuite, on propose des structures de réception où la conception du détecteur prend en compte la présence des erreurs d'estimation de canal. La détection au sens maximum de vraisemblance (MV) est améliorée en modifiant sa métrique de détection pour le cas où le canal est estimé de manière imparfaite. La métrique MV améliorée ainsi obtenue nous permet de remettre en question le schéma de détection de type turbo maximum a posteriori (MAP) et l'adapter à la connaissance imparfaite du canal. En outre, le choix de l'étiquetage lors de l'attribution des bits aux symboles est également discuté. De plus, on dérive les débits de coupure atteignables (achievable outage rates) avec le détecteur MV améliorée ou un détecteur MV désadapté (utilisant les estimés de canal comme s'il s'agissait des vraies) qu'on comparera avec un détecteur théorique défini comme étant le meilleur récepteur possible en présence d'erreurs d'estimation de canal. Enfin, un récepteur itératif à complexité réduite basé sur un filtrage MMSE et l'annulation parallèle d'interférence (turbo-PIC) est introduit. L'idée de notre approche consiste à prendre en compte la connaissance imparfaite du canal dans la conception du filtre MMSE ainsi que dans la partie annulation d'interférence. Il est important de souligner que les améliorations proposées dans cette thèse ne résultent pas en une augmentation sensible de la complexité algorithmique au niveau du récepteur.

Cette thèse est le fruit d'un partenariat entre la BL TVFE de NXP Semiconductors et l'ESIEE dans le cadre d'une thèse CIFRE. Le but est d'apporter une solution qui permette la réception de plusieurs canaux pour le câble. Ce sujet est lié à la problématique de numérisation large bande. Dans la première partie, nous faisons un état-de-l'art sur les convertisseurs analogiques-numériques (CAN), sur les architectures parallèles (entrelacement temporel et bancs de filtres hybrides (BFH)), et sur les méthodes d'échantillonnage (passe-bande et complexe). Puis, nous étudions une architecture composée d'un banc de filtres analogiques et un banc de CANs. Nous cherchons à réduire surtout le taux d'échantillonnage. Nous comparons notre solution à un CAN large bande performant, avec notre fonction de coût. L'un des avantages de cette architecture est que tous les composants sont faisables, même les CANs, et qu'il est possible d'éteindre des sous-bandes pour diminuer la consommation. Cette solution est intéressante pour le moment mais n'est pas compétitive en termes de consommation et de surface. Nous proposons une alternative dans la partie 3, avec les BFH. Nous étudions cette architecture, en gardant à l'esprit la faisabilité de la solution. Nous avons choisi un BFH à deux voies, avec un filtre analogique passe-bas et un passe-haut. Puis, nous proposons un algorithme d'optimisation des filtres de synthèse pour atteindre nos objectifs de distorsion et de réjection de repliement. Une identification des filtres analogiques est aussi présentée. Finalement, une réalisation physique prouve le concept et valide les limitations théoriques de cette architecture / This thesis is a partnership between the BL TVFE of NXP Semiconductors and ESIEE. Its goal is to provide a solution to multi-channel reception for cable network. This is linked to the problematic of broadband digitization. In the first part, the state-of-the art of ADCs, parallel architectures (TI and HFB) and sampling methods (bandpass sampling and complex sampling) is recalled. Then we study an architecture called RFFB with a bank of analog filters and a bank of ADCs. We try to reduce the constraints on ADCs, especially the sampling rate with the different sampling. We propose an interesting solution to broadband digitization and compare this solution to a challenging wideband ADC, using the cost function we introduce. This architecture has the major advantage that all the components are feasible, even the ADCs, and it is possible to switch-off subbands to save power. It could be a good solution at the present time but it is not competitive in terms of power consumption and surface. An alternative is proposed in Part 3, where we study Hybrid Filter Banks. It is interesting to study this architecture with realization feasibility in mind. This is why we select a 2-channel HFB with a lowpass filter and a highpass filter as analog filters. Then we propose an efficient optimization algorithm to find the best synthesis filters and reach our targets of distortion and aliasing rejection. An identification of analog filters is also suggested to cope with the issue of sensitivity to analog errors. Finally, a physical realization proves the concept of aliasing rejection and confirms the theoretical issues of this architecture

Alors que l'étude de l'atmosphère a une importance croissante pour répondre aux problématiques environnementales, les exigences en terme de sources laser pour la spectrométrie de molécules complexes nécessitent de développer des sources largement accordables. Le travail de thèse présenté dans ce manuscrit est centré sur la mise en œuvre de lasers à cascade quantique en cavité étendue (EC-QCL). Une partie de ce travail concerne la caractérisation d'une source EC-QCL commerciale ainsi que son application à la détection de gaz par spectrométrie photoacoustique. Des mesures ont été réalisées sur le dioxyde de carbone dans l'air expiré et sur le butane. La partie centrale de ce travail de thèse réside dans le développement de sources EC-QCL à partir de puces laser à cascade quantique développées par le III-V Lab. L'objectif est d'obtenir des sources largement accordables qui puissent être utilisées pour la détection de molécules complexes. Cela comprend la simulation, la conception et la mise en œuvre de systèmes en cavité étendue. Deux sources EC-QCL ont été réalisées. La première est une source impulsionnelle émettant autour de 4,5μm. La seconde émet autour de 7,5μm et fonctionne en continu à température ambiante. Ce laser a été utilisé pour réaliser des enregistrements sur l'acétone et le trichlorure de phosphoryle. / As the study of the atmosphere is growing strongly in response to environmental issues, the needs in terms of laser sources for spectroscopy of complex molecules require the development of widely tunable sources. The PhD work presented in this manuscript is focused on the implementation of quantum cascade lasers in external cavity (EC-QCL). Part of this work deals with the characterization of a commercial EC-QCL source and its application to gas detection by photoacoustic spectrometry. Measurements were performed on carbon dioxide in exhaled air and butane. The central part of this thesis consists in the development of ECQCL sources based on quantum cascade laser chips from III-V Lab. The aim is to obtain widely tunable sources that can be used for the detection of complex molecules. This includes simulation, design and implementation of external cavity systems. Two EC-QCL sources were implemented. The first one is a pulsed laser emitting around 4,5μm. The second one emits around 7,5μm and is operated at room temperature in continuous wave mode. This laser was used to record the spectra of acetone and phosphoryl chloride.

Les travaux présentés dans ce mémoire de thèse portent sur la linéarisation large bande d'amplificateurs de puissance par prédistorsion analogique. Ce travail vise à réduire la pollution spectrale provoquée par leur comportement non-linéaire lors d'une transmission satellite. Ce travail de thèse débute par une présentation des amplificateurs de puissance utilisés dans les émetteurs, en exposant les conséquences de leur comportement non-linéaire sur la qualité du signal. Pour pallier à cela, les techniques de linéarisation couramment utilisées ont été recensées, en mettant l'accent sur leurs avantages et inconvénients. C'est sur la base de cet état de l'art qu'une structure de prédistorsion analogique a pu être identifiée. Il s'agit d'une structure en réflexion à base de diodes Schottky, dont une partie de ce mémoire est consacrée à l'analyse de leur comportement non-linéaire. Appuyée par des résultats de simulations et des mesures effectuées sur maquettes, cette analyse nous a conduit à la mise en œuvre de la structure en réflexion dans le cadre de la linéarisation d'un amplificateur à tube à onde progressive (ATOP) en bande Ku. Nos travaux se sont ensuite tournés vers une nouvelle structure plus innovante, basée sur la mise en cascade de deux circuits de prédistorsion. La structure proposée bénéficie d'une configuration plus flexible et plus précise que la précédente, ce qui nous a permis d'obtenir de meilleurs résultats en matière d'amélioration de la linéarité. La dernière partie de ce travail de thèse est dédiée à l'approche expérimentale de deux méthodes numériques de prédistorsion en bande de base. L'intérêt de cette approche repose sur l'évaluation expérimentale de l'amélioration possible de la linéarité de l'ATOP et la comparaison avec les résultats obtenus par prédistorsion analogique. / The research reported in this PhD Thesis is focused on power amplifier wideband linearization by analog predistortion. This work aims to reduce the spectral regrowth due to their nonlinear response over the satellite transmission. This dissertation starts with a presentation of power amplifiers used in transmitters. Through it, we expose their nonlinearity effects on the signal quality. To overcome those effects, the lattest linearization methods were reviewed, highlighting their strengths and weaknesses. Based on this state of art, an analog predistortion structure was identified. It relates to a reflective structure made up of Schottky diodes, of which a part of this thesis is devoted to the analysis of its nonlinear behavior. Drawn on simulations and measurements, this analysis led us to the implementation of the reflective structure for the purpose of a traveling wave tube amplifier linearization over the Ku band. Our work was then directed towards to a new more innovative structure built on two predistortion circuits wired in series. This new structure gets a more flexible and accurate configuration compared to the previous one and allowed us to obtain better results regarding linearity improvement. The last part of this thesis work is dedicated to an experimental approach of two base band digital predistortion methods. The aim of this approach rests on the achievable enhancement of TWTA linearity and the comparison between the results obtained with the analog predistortion.

Cette thèse a pour objectif d’instrumenter un contenant familier dans le domaine du biomédical et de la chimie (un tube à essai) avec des éléments piézoélectriques à ondes longitudinales (L) et d’implémenter, en les optimisant, diverses méthodes ultrasonores pour mesurer les viscosités rapidement, sans changer de banc de mesure et cela de quelques Hz à plusieurs dizaines de mégahertz au voisinage de la température ambiante. Grâce au système mis en place il est possible en quelques minutes de déterminer le comportement rhéologique du liquide, étudié en mesurant sa viscosité de cisaillement. Par ailleurs, la gamme de viscosité atteinte est extrêmement large puisque les mesures sont possibles de quelques dizaines de mPa.s à plusieurs centaines de Pa.s. Enfin, au-delà de résultats quantitatifs en terme de viscosité, le banc de mesure peut être aussi utilisé pour suivre de façon qualitative des cinétiques de réaction (polymérisation par exemple). / The main goal of this thesis is to set specific piezoelectric elements emitting longitudinal waves (L) on a well-known container in the field of biomedical and chemistry (a test tube) and to implement with some optimizations various ultrasonic methods to measure viscosities quickly, without changing the measurement bench. The measurement has to be done from a few Hz to several tens of megahertz around room temperature. Up to now it is possible to determine in a few minutes the rheological behavior of the liquid studied thanks to the evaluation of its shear viscosity. Furthermore, the viscosity range reached is extremely wide: the measurements are possible from a few tens of mPa.s to several hundred Pa.s. Finally, beyond quantitative results in terms of viscosity, the measurement bench can also be used to qualitatively monitor reactions (polymerization for example).

Aujourd'hui l'utilisation de l'échographie 3D en cardiologie est limitée car l'imagerie de la totalité du myocarde sur un cycle cardiaque, sans apnée, reste un défi technologique. Une solution consiste à réduire le nombre de capteurs dans les sondes échographiques matricielles afin d'alléger le procédé d'acquisition: ces sondes sont dites parcimonieuses. Le but de cette thèse est de proposer les meilleures dispositions d'un nombre réduit de capteurs piézo-électriques répartis sur la surface active de la sonde afin d'optimiser leur capacité à produire des images homogènes en termes de contraste et résolution dans tout le volume d'intérêt. Ce travail présente l'intégration de simulations acoustiques réalistes élaborées au sein d'un processus d'optimisation stochastique (algorithme de recuit simulé). La structure proposée pour le design des sondes parcimonieuse est suffisamment générale pour être appliquée aux sondes régulières (éléments actifs disposés selon une grille) et non-régulières (positionnement arbitraire des éléments actifs). L'introduction d'une fonction d'énergie innovante permet de sculpter en 3D le diagramme optimal de rayonnement de la sonde. Les résultats de sondes optimisées obtenues possèdent 128, 192 ou 256 éléments pour favoriser leur compatibilité avec les échographes commercialisés à ce jour, ce qui permettrait de déployer l'échographie 3D à moindre coût et à très large échelle / Today, the use of 3D ultrasound imaging in cardiology is limited because imaging the entire myocardium on a single heartbeat, without apnea, remains a technological challenge. A solution consists in reducing the number of active elements in the 2D ultrasound probes to lighten the acquisition process: this approach leads to sparse arrays. The aim of this thesis is to propose the best configuration of a given number of active elements distributed on the probe active surface in order to maximize their ability to produce images with homogeneous contrast and resolution over the entire volume of interest. This work presents the integration of realistic acoustic simulations performed in a stochastic optimization process (simulated annealing algorithm). The proposed sparse array design framework is general enough to be applied on both on-grid (active elements located on a regular grid) and non-grid (arbitrary positioning of the active elements) arrays. The introduction of an innovative energy function sculpts the optimal 3D beam pattern radiated by the array. The obtained optimized results have 128, 192 or 256 active elements to help their compatibility with currently commercialized ultrasound scanners, potentially allowing a large scale development of 3D ultrasound imaging with low cost systems

Une communication est impulsive chaque fois que le signal portant des informations est intermittent dans le temps et que la transmission se produit à rafales. Des exemples du concept impulsife sont : les signaux radio impulsifs, c’est-à-dire des signaux très courts dans le temps; les signaux optiques utilisé dans les systèmes de télécommunications; certains signaux acoustiques et, en particulier, les impulsions produites par le système glottale; les signaux électriques modulés en position d’impulsions; une séquence d’événements dans une file d’attente; les trains de potentiels neuronaux dans le système neuronal. Ce paradigme de transmission est différent des communications continues traditionnelles et la compréhension des communications impulsives est donc essentielle. Afin d’affronter le problème des communications impulsives, le cadre de la recherche doit inclure les aspects suivants : la statistique d’interférence qui suit directement la structure des signaux impulsifs; l’interaction du signal impulsif avec le milieu physique; la possibilité pour les communications impulsives de coder l’information dans la structure temporelle. Cette thèse adresse une partie des questions précédentes et trace des lignes indicatives pour de futures recherches. En particulier, nous avons étudié: un système d'accès multiple où les utilisateurs adoptent des signaux avec étalement de spectre par saut temporel (time-hopping spread spectrum) pour communiquer vers un récepteur commun; un système avec un préfiltre à l'émetteur, et plus précisément un transmit matched filter, également connu comme time reversal dans la littérature de systèmes à bande ultra large; un modèle d'interférence pour des signaux impulsifs. / A communication is impulsive whenever the information-bearing signal is burst-like in time. Examples of the impulsive concept are: impulse-radio signals, that is, wireless signals occurring within short intervals of time; optical signals conveyed by photons; speech signals represented by sound pressure variations; pulse-position modulated electrical signals; a sequence of arrival/departure events in a queue; neural spike trains in the brain. Understanding impulsive communications requires to identify what is peculiar to this transmission paradigm, that is, different from traditional continuous communications.In order to address the problem of understanding impulsive vs. non-impulsive communications, the framework of investigation must include the following aspects: the different interference statistics directly following from the impulsive signal structure; the different interaction of the impulsive signal with the physical medium; the actual possibility for impulsive communications of coding information into the time structure, relaxing the implicit assumption made in continuous transmissions that time is a mere support. This thesis partially addresses a few of the above issues, and draws future lines of investigation. In particular, we studied: multiple access channels where each user adopts time-hopping spread-spectrum; systems using a specific prefilter at the transmitter side, namely the transmit matched filter (also known as time reversal), particularly suited for ultrawide bandwidhts; the distribution function of interference for impulsive systems in several different settings.