Le domaine de la recherche dans les multi-standards, les systèmes multi-bandes, architectures, et circuits a été un thème populaire. La perspective est d'avoir des dispositifs qui peuvent être adaptés, parfaitement, aux différents réseaux tout en offrant d'excellentes fonctionnalités sur les différents technologies d’accès radio. Les architectures de transmetteurs configurables ciblant les cas d'utilisation complémentaires des WiFi-WiGig ont été étudiés. Des approches novatrices basées sur des DAC FIR semi-numériques configurables à grande vitesse sont proposées. Les DAC de FIR nécessitent des filtres longs avec des coefficients de résolution élevés pour atteindre des niveaux d'atténuation de stopband satisfaisants aux exigences de bruit hors bande. Normalement, cela limite la vitesse et se traduit par une grande surface de silicium. Dans ce travail, les techniques de conception de circuits sont développées de sorte qu'un élément de circuit unitaire réalisant un coefficient d'une fonction de transfert peut être réutilisé dans la réalisation d’un coefficient d'une autre fonction de transfert. Une puce prototype de passe-haut FIR DAC qui peut être configuré pour le fonctionnement de l'IEEE 802.11ac et les standards IEEE 802.11ad a été mise en œuvre sur une technologie CMOS 28nm FDSOI de STMicroelectronics. Le test De cette puce a démontré la validité des architectures d'émetteur proposées. Le puce prototype peut traiter des signaux des bandes de base aussi larges que 63,63 MHz et 300 MHz à une fréquence d'horloge de 1,4 GHz avec une consommation de 103,07 mW dans le 802.11ac et 86,89 mW dans le mode 802.11ad. / The vision of research into multi-standard and multi-band systems, architectures, and circuits has been to develop devices which can hope seamlessly from one network to the other while delivering excellent functionality in different radio access technologies.In this work, configurable transmitter architectures based on FIR DACs which target WiFi-WiGig complementary use cases have been studied. FIR DACs require long filters with high resolution coefficients to meet high out-of-band noise attenuation. Normally, this limits speed and results in large area. In this work, circuit techniques are developed so that a unit circuit element realizing a coefficient of one transfer function can be re-used in realizing a different-valued coefficient of another transfer function. The work also proposes topologies that exploit digital signal processing at advanced nodes to implement quadrature modulation while realizing up-conversion, digital-to-analog conversion and image and quantization filtering in one configurable FIR DAC block. A prototype high pass FIR DAC chip which can be configured for processing IEEE 802.11ac and IEEE 802.11ad signals was implemented in ST CMOS 28nm FDSOI technology. The test of this chip has demonstrated the validity of the proposed transmitter architectures. The prototype chip can process baseband signals as wide as 63.63 MHz and 300 MHz at a clock frequency of 1.4 GHz while consuming 103.07 mW in the 802.11ac and 86.89 mW in the 802.11ad modes.

L'UWB (Ultra Wide Band) consiste à transmettre des signaux entre 3.1 et 10.6 GHz avec une puissance limitée à -41.3 dBm/MHz. Pour les communications hauts débits (100 à 500 Mbit/s) et courtes portées (1 à 10 m), les solutions de l'état de l'art reposent sur des traitements numériques complexes. Mitsubishi ITE propose une solution alternative multi-bandes (MB) impulsionnelle basée sur un récepteur non-cohérent. La démodulation OOK est effectuée par une détection d'énergie originale avec un seuillage adapté dynamiquement suivant les conditions de propagation. La parallélisation complète de ce système MB-OOK permet à la fois d'éviter les interférences inter-symboles et de récupérer la quasi totalité de l'énergie disponible. En outre, l'approche impulsionnelle limite les évanouissements du signal sur canal multi-trajets. La comparaison des systèmes MB-OOK et MB-OFDM démontre la pertinence de la solution proposée pour des applications très hauts débits, courte portée et faible consommation.

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.

Avec le nombre croissant de services accessibles par l'utilisateur sur un terminal mobile, les caractéristiques multi-standards et la reconfigurabilité des chaînes radio-fréquences amènent des contraintes de conception de plus en plus importantes sur les composants RF, en particulier sur les filtres. La solution que nous proposons dans ce travail consiste à répartir la fonction de filtrage sur l'ensemble de l'émetteur RF. Ainsi, tout en gardant sa fonctionnalité première, chaque composant (filtre, duplexeur, amplificateur, antenne...) apporte une fonction de filtrage supplémentaire et/ou complémentaire qui permet, une fois intégré dans l'ensemble de la chaîne, de répondre aux gabarits imposés par les différents standards. Ce mémoire présente une première étude sur ce sujet. Il met en évidence la faisabilité du concept de filtrage réparti, avec la présentation de quelques architectures multi-fonctions : amplificateur-filtrant, diviseur de puissance filtrant, antenne filtrante...

L'objectif de cette thèse est de proposer des solutions pour améliorer les performances des transmissions des terminaux mobiles à haut débits, faibles coûts et faible consommation. En effet, l'augmentation des débits implique que les canaux de transmission soient de plus en plus difficiles, rendant la tâche des récepteurs plus ardue. Nous nous intéressons aux systèmes MultiBandes OFDM car ils soumettent la porteuse à un algorithme de saut de fréquence, et permettent ainsi de disposer d'une grande diversité fréquentielle. Dans ce contexte, nous proposons dans une première partie des égaliseurs de canaux optimaux au sens des moindres carrés tirant profit de la diversité fréquentielle afin d'améliorer d'une manière significative les performances des systèmes<br>OFDM pour des canaux très difficiles. Dans la seconde partie de ce travail, nous proposons un synthétiseur de fréquence agile sur 14 bandes dont les composants ont été optimisés afin de rendre sa réalisation la moins complexe possible et qui répondent aux exigences des systèmes MultiBandes en termes de temps de commutation, de bruit de phase et de pureté spectrale. Ce nouveau type de synthétiseur de fréquences rend inévitable le déséquilibre entre les voies I et Q de l'émetteur et/ou du récepteur. La troisième partie de ce travail consiste à proposer des algorithmes originaux permettant conjointement d'égaliser le canal et de compenser numériquement le déséquilibre IQ. Ces traitements valables pour tout système OFDM permettent de relâcher les contraintes de la partie analogique.

Récemment, la convergence des techniques radio à 60 GHz sur fibre optique (radio over fiber - RoF) et des réseaux d'accès optiques passifs à multiplexage en longueurs d'ondes (wavelength division multiplexing-WDM) a suscité un très grand intérêt dans la communauté scientifique. L'objectif de cette thèse est d'étudier les solutions pour faire converger les systèmes RoF à 60 GHZ et les réseaux passifs optiques (passive optical network - PON) utilisant le WDM, appelés dans la suite PON-WDM. Les résultats principaux de cette thèse axée sur la technologie des systèmes RoF et l'intégration des systèmes RoF avec les réseaux d'accès PON-WDM sont les suivants : Un système RoF utilisant un démultiplexeur WDM, compatible avec les réseaux d'accès PON-WDM, est proposé dans cette thèse. Nous avons mené une étude théorique complète du bruit de phase. Elle inclut la contribution des bruits de phase des générateurs de signaux électriques et celle de la conversion de bruit de phase optique en bruit d'intensité. Cette dernière conversion est due à la détection de deux signaux cohérents, retardés l'un par rapport à l'autre si les longueurs optiques entre les deux canaux optiques se recombinant sont différentes. La densité spectrale de puissance du signal millimétrique généré optiquement est analysée théoriquement et démontrée expérimentalement. Son étude donne une méthode pour compenser un éventuel délai optique │τd│. L'amplitude du vecteur d'erreur (error vector magnitude -EVM) est théoriquement calculée et expérimentalement démontrée, en fonction du rapport │τd│/τcOP où τcOP est la durée de cohérence de la source optique utilisée. Cela donne une règle de conception pour insérer le démultiplexeur optique dans le système d'hétérodynage optique.  Nous avons validé expérimentalement la technique d'hétérodynage optique qui utilise un démultiplexeur pour générer un signal millimétrique respectant le standard ECMA 387. Nous avons proposé un système combinant une partie RoF et un réseau PON-WDM, permettant la génération simultanée d'un signal millimétrique respectant le standard ECMA 387 et la transmission d'un signal en bande de base à plusieurs gigabits par seconde. Nous avons réalisé expérimentalement avec succès la transmission simultanée d'un signal à 60 GHZ, modulé avec une modulation BPSK par un signal à 1588 Mbit/s et celle d'un signal en bande de base à 10 Gbit/s.  Nous avons proposé une nouvelle technique de modulation multi-bandes : la modulation de phase parallèle utilisant un unique modulateur de Mach-Zehnder. Cette technique présente des avantages significatifs comparée à n'importe quelle autre technique de modulation multi-bandes. Il n'y a aucun impact de la modulation en bande de base sur la génération millimétrique. L'impact de la modulation RF sur la transmission en bande de base (impact dû à la non-linéarité de la modulation de phase) est limité. Le taux d'erreurs binaires du signal en bande de base intégrant l'effet du signal RF a été théoriquement calculé et expérimentalement validé. Cela donne des règles de conception pour la technique de modulation de phase parallèle avec un unique modulateur de Mach-Zehnder. Nous avons proposé une architecture et réalisé un démonstrateur d'un système bas-coût bidirectionnel pour la transmission RoF. Ce système utilise le mélange optoélectronique et la technique d'hétérodynage optique. Nous avons prouvé que :  Des signaux à 60 GHz modulés à 397 Mbit/s et 794 Mbit/s avec une modulation BPSK sont convertis vers la bande basse de fréquence en utilisant la technique de mélange optoélectronique : les contraintes du standard ECMA 387 sont respectées.  Pour la liaison descendante utilisant la technique d'hétérodynage optique, aucune pénalité sur l'EVM n'est causée par le choix du régime non linéaire de la photodiode.

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. / The aim of this thesis is to study the feasibility and the performances of a fast switching frequency synthesizer designed for high debit multi-band multi-user transmission and used in transmission systems requiring a low consumption and an easy IC integration. In this context, the use of the classical synthesizer structures does not apply and there is a need to develop new architectures capable of generating all the frequencies permanently. Thus, the switching between frequencies can be easily done by changing multiplexors' state.In the first part of this study, we focus on the analysis of such high potential OL architecture. The main part of the proposed structure is implemented in a conventional BiCMOS technology in order to validate its feasibility and the operation of the developed blocks. Thanks to the measurements of the OL components, a complete analysis of the synthesizer is made. However, the complexity of the architecture of the proposed synthesizer induces the generation of large number of parasitic frequencies, creating interferences between the active users. The reduction of their effect on the transmission is the subject of the second part of the manuscript. Two digital methods are proposed to reduce the interferences. Lowering the requirements on the analog part, they allow a simplified design. This property was used to reduce the complexity of the frequency synthesizer.

Dans cette thèse, on s'intéresse à deux problèmes de conception de réseaux, utilisant la technologie OFDM multi-bandes. Le premier problème concerne la conception d'un réseau mono-couche avec contraintes spécifiques. Nous donnons une formulation en PLNE pour ce problème et étudions le polyèdre associé à sa restriction sur un arc. Nous introduisons deux familles d'inégalités valides définissant des facettes et développons un algorithme de coupes et branchements pour le problème. Nous étudions la variante multicouche du problème précédent et proposons plusieurs PLNE pour le modéliser. Nous identifions plusieurs familles de facettes et discutons des problèmes de séparation associés. Nous développons un algorithme de coupes et branchements utilisant l'ensemble des contraintes identifiées. Enfin, une formulation compacte et deux formulations basées sur des chemins sont proposées pour le problème. Nous présentons deux algorithmes de génération de colonnes et branchements pour le problème. / In this thesis we consider two capacitated network design (CND) problems, using OFDM multi-band technology. The first problem is related to single-layer network design with specific requirements. We give an ILP formulation for this problem and study the polyhedra associated with its arc-set restriction. We describe two families of facet defining inequalities. We devise a Branch-and-Cut algorithm for the problem. Next, we investigate the multilayer version of CND using OFDM technology. We propose several ILP formulations and study the polyhedron associated with the first (cut) formulation. We identify several classes of facets and discuss the related separation problem. We devise a Branch-and-Cut algorithm embedding valid inequalities of both single-layer and multilayer problems. The second formulation is compact, and holds a polynomial number of constraints and variables. Two further path formulations are given which yield two efficient Branch-and-Price algorithms for the problem.

Une antenne auto-complémentaire possède des caractéristiques radioélectriques très intéressantes en ce qui concerne l'élargissement de sa bande passante. Basée sur le principe de Babinet, l'auto-complémentarité permet en effet de maximiser la largeur de bande de par la complémentarité air-métal dans la structure de l'antenne. L'objectif de cette thèse est d'étudier quels pouvaient être les apports de l'auto-complémentarité dans le cas d'antennes à fortes contraintes d'intégration telles que celles utilisées pour les terminaux mobiles. Pour tester les limites de notre étude, nous avons choisi d'appliquer nos résultats à l'intégration d'antennes auto-complémentaires dans un objet communicant de type Smartphone multi-standards. Les antennes dites AC doivent par conséquent satisfaire de nombreux critères de performances tout en montrant leur capacité d'intégration. Celle-ci est rendue d'autant plus délicate, que la miniaturisation implique à son tour des phénomènes physiques limitant certaines performances, notamment en basse fréquence avec la nouvelle bande LTE. Dans une première étude, nous avons considéré différentes antennes et opté pour les antennes IFA-AC sur un plan de masse fini afin de couvrir initialement les bandes hautes DCS/PCS/UMTS et WLAN/LTE2600. Dans une seconde étude, nous avons amélioré leurs performances à l'aide d'éléments structurels nouveaux et interdépendants (éléments rayonnants de type double IFA), qui nous ont permis d'obtenir des résultats probants relatifs notamment à la couverture des bandes LTE800 et GSM. Enfin, nous avons complété notre projet en optimisant le lien radio par l'intégration de plusieurs éléments rayonnants AC sur un même PCB.

L'évolution vers de nouveaux services, comme la TV à la demande, nécessitant de grosses bandes passantes remet en question les débits transportés par chaque canal optique d'un réseau WDM. Les débits des canaux ont atteint aujourd'hui les 100 Gbit/s. Cette montée en débit doit être accompagnée par de nouvelles fonctionnalités au sein des réseaux de transport optiques. Améliorer la flexibilité et assurer la transparence des réseaux optiques sont des défis très importants auxquels les opérateurs doivent faire face aujourd'hui. Un réseau optique est dit transparent, si les signaux optiques transportés ne subissent aucune conversion optoélectronique sauf au moment de leur insertion et de leur extraction dans le réseau optique. La flexibilité, quant à elle, concerne principalement les fonctions d'agrégation et de désagrégation optiques. Aujourd'hui ces fonctions d'agrégation et de désagrégation sont réalisées dans le domaine électronique, ce qui avec la montée du débit, va engendrer un coût important pour les opérateurs. Une manière d'y remédier serait de trouver une technologie adaptée à la montée du débit et offrant la possibilité de faire de l'agrégation et de la désagrégation optique des flux de trafics. Dans cette thèse nous proposons d'étudier une technique de commutation tout-optique offrant la possibilité de faire de la commutation optique intra-canal. Cette technique, baptisée multi-bande OFDM, consiste à diviser un canal WDM en plusieurs entités appelées sous-bandes. Le nombre de ces entités dépend des contraintes technologiques des équipements utilisés pour générer le canal multi-bande (les filtres optiques, les convertisseurs analogiques/numérique et numériques/analogiques). Nous comparons la technologie multi-bande OFDM par rapport à des technologies tendancielles mono-bande : le cas mono-bande opaque et mono-bande transparent. Nous démontrons que la technologie multi-bande OFDM peut être un compromis entre ces deux technologies pour les futurs réseaux de télécommunications optiques. Pour ce faire, nous calculons les performances en termes de blocage. Nous étudions l'impact de la conversion de longueurs d'onde sur les réseaux multi-bande OFDM ainsi que l'impact d'augmenter les nombres de sous-bandes sur les performances du réseau. Nous dégageons les limites technologiques de cette approche. Dans une autre partie de l'étude, nous montrons l'intérêt économique de la technologie multi-bande OFDM. Nous exposons le gain en coût des émetteurs/récepteurs obtenu grâce au déploiement de la technologie multi-bande OFDM sur un réseau cœur et un réseau métropolitain.