Radio access technologies for cellular mobile networks are continuously being evolved to meet the future demands for higher data rates, and lower end‐to‐end delays. In the research and development of LTE, radio network simulations play an essential role. The evolution of parallel processing hardware makes it desirable to exploit the potential gains of parallelizing LTE radio network simulations using multithreading techniques in contrast to distributing experiments over processors as independent simulation job processes. There is a hypothesis that parallel speedup gain diminishes when running many parallel simulation jobs concurrently on the same machine due to the increased memory requirements. A proposed multithreaded prototype of the Ericsson LTE simulator has been constructed, encapsulating scheduling, execution and synchronization of asynchronous physical layer computations. In order to provide implementation transparency, an algorithm has been proposed to sort and synchronize log events enabling a sequential logging model on top of non‐deterministic execution. In order to evaluate and compare multithreading techniques to parallel simulation job distribution, a large number of experiments have been carried out for four very diverse simulation scenarios. The evaluation of the results from these experiments involved analysis of average measured execution times and comparison with ideal estimates derived from Amdahl’s law in order to analyze overhead. It has been shown that the proposed multithreaded task‐oriented framework provides a convenient way to execute LTE physical layer models asynchronously on multi‐core processors, still providing deterministic results that are equivalent to the results of a sequential simulator. However, it has been indicated that distributing parallel independent jobs over processors is currently more efficient than multithreading techniques, even though the achieved speedup is far from ideal. This conclusion is based on the observation that the overhead caused by increased memory requirements, memory access and system bus congestion is currently smaller than the thread management and synchronization overhead of the proposed multithreaded Java prototype.

Doctor of Philosophy / Department of Mathematics / Louis Crane / We exhibit a static, cylindrically symmetric, exact solution to the Euler-Heisenberg field equations (EHFE) and prove that its effective geometry contains (optical) black holes. It is conjectured that there are also soliton solutions to the EHFE which contain black hole geometries.

Généralisation de la théorie du contrôle classique développée pour les E.D.O. au cas des E.D.P. Reformulation des critères de la théorie du contrôle suivant 2 approches : théorie formelle des E.D.P. et algèbre différentiel. Un accent tout particulier est accordé au critère de contrôlabilité dont la généralisation aux E.D.P. constitue l'apport essentiel de cette étude. L'approche algébrique est utilisée pour conduire à un raisonnement qui permet la généralisation et la clarification de ces critères. Cependant c'est la théorie des E.D.P. qui permet d'élaborer des tests pour vérifier ces critères sur machine grâce a des logiciels de calcul formel. Nouvelle théorie du contrôle appliquée à de nombreux exemples de la physique (tourbillons de Bénard, dynamique des câbles, équations d'Euler, équations de Maxwell...) et des calculs explicites de degré de transcendance différentielle très complexes.

Cette habilitation porte sur l'étude de la vorticité dans le modèle de Ginzburg-Landau et quelques contributions en théorie de point fixe

L'objectif de cette thèse est d'étudier, sous divers aspects, le processus de formation d'amyloide à partir de la polymérisation de protéines. Ces phénomènes, aussi bien in vitro que in vivo, posent des questions de modélisation mathématique. Il s'agit ensuite de conduire une analyse des modèles obtenus. Dans la première partie nous présentons des travaux effectués en collaboration avec une équipe de biologistes. Deux modèles sont introduits, basés sur la théorie en vigueur du phénomène Prions, que nous ajustons aux conditions expérimentales. Ces modèles nous permettent d'analyser les données obtenues à partir d'expériences conduites en labora- toire. Cependant celles-ci soulèvent certains phénomènes encore inexpliqués par la théorie actuelle. Nous proposons donc un autre modèle qui corrobore les données et donne une nouvelle approche de la formation d'amyloide dans le cas du Prion. Nous terminons cette partie par l'analyse mathématique de ce système composé d'une infinité d'équations dif- férentielles. Ce dernier consiste en un couplage entre un système de type Becker-Döring et un système de polymérisation-fragmentation discrète. La seconde partie s'attache à l'analyse d'un nouveau modèle pour la polymérisation de protéines dont la fragmentation est sujette aux variations du fluide environnant. L'idée est de décrire au plus près les conditions expérimentales mais aussi d'introduire de nou- velles quantités macroscopiques mesurables pour l'étude de la polymérisation. Le premier chapitre de cette partie présente une description stochastique du problème. On y établit les équations du mouvement des polymères et des monomères (de type Langevin) ainsi que le formalisme pour l'étude du problème limite en grand nombre. Le deuxième chapitre pose le cadre fonctionnel et l'existence de solutions pour l'équation de Fokker-Planck- Smoluchowski décrivant la densité de configuration des polymères, elle-même couplée à une équation de diffusion pour les monomères. Le dernier chapitre propose une méthode numérique pour traiter ce problème. On s'intéresse dans la dernière partie à la modélisation de la maladie d'Alzheimer. On construit un modèle qui décrit d'une part la formation de plaque amyloide in vivo, et d'autre part les interactions entre les oligomères d'Aβet la protéine prion qui induiraient la perte de mémoire. On mène l'analyse mathématique de ce modèle dans un cas particulier puis dans un cas plus général où le taux de polymérisation est une loi de puissance.

We propose two alternative approaches to evaluate numerically credit basket derivatives in a N-name structural model where the number of entities, N, is large, and where the names are independent and identically distributed random variables conditional on common random factors. In the first framework, we treat a N-name model as a set of N Bernoulli random variables indicating a default or a survival. We show that certain expected functionals of the proportion L_N of variables in a given state converge at rate 1/N as N [right arrow - infinity]. Based on these results, we propose a multi-level simulation algorithm using a family of sequences with increasing length, to obtain estimators for these expected functionals with a mean-square error of epsilon ² and computational complexity of order epsilon⁻², independent of N. In particular, this optimal complexity order also holds for the infinite-dimensional limit. Numerical examples are presented for tranche spreads of basket credit derivatives. In the second framework, we extend the approximation of Bush et al. [13] to a structural jump-diffusion model with discretely monitored defaults. Under this approach, a N-name model is represented as a system of particles with an absorbing boundary that is active in a discrete time set, and the loss of a portfolio is given as the function of empirical measure of the system. We show that, for the infinite system, the empirical measure has a density with respect to the Lebesgue measure that satisfies a stochastic partial differential equation. Then, we develop an algorithm to efficiently estimate CDO index and tranche spreads consistent with underlying credit default swaps, using a finite difference simulation for the resulting SPDE. We verify the validity of this approximation numerically by comparison with results obtained by direct Monte Carlo simulation of the basket constituents. A calibration exercise assesses the flexibility of the model and its extensions to match CDO spreads from precrisis and crisis periods.

On s'attache à étudier des modèles mathématiques multi-échelles pour des domaines variés : la rhéologie des matériaux vitreux, la biochimie dans la balnéothérapie et la biomécanique des sutures craniofaciales. Pour les matériaux vitreux, nous étudions un modèle de type cinétique et justifions mathématiquement des propriétés macroscopiques (transition vitreuse à faible cisaillement et comportement de type fluide newtonien à fort taux de cisaillement) après avoir remarqué une certaine analogie avec la pénalisation d'obstacles en mécanique des fluides. Nous proposons également une généralisation multi-dimensionnelle de ce modèle afin de prendre en compte des types d'écoulements généraux. En biochimie nous présentons un premier modèle très simplifié de réaction-diffusion et montrons comment concevoir un schéma numérique adapté en utilisant les hypothèses de modélisation. Enfin nous proposons un modèle de couplage biomécanique pour le développement des sutures qui rend compte du phénomène d'interdigitation que l'on observe en pratique. / We study multiscale mathematical models for various scientific fields: soft glassy rheology, biochemistry for balneotherapy, and the biomechanics of craniofacial suture development. In soft flassy rheology, we study a kinetic-type of model and justify mathematically some macroscopic properties of the model (especially the glass transition at low shear rate and the Newtonian behaviour at large shear rate) by noticing an analogy with the problem of obstacle penalization in fluid mechanics. Moreover, we propose a multidimensional generalization of this model in order to handle more general flow types. In biochemistry, we introduce a first, very simplified model and show how we can design a numerical scheme based on the modelling hypotheses. Finally we present a model for suture growth coupling biology and mechanics which accounts for the interdigitation pattern observed in practice.

Este trabalho apresenta um método numérico rigoroso para encontrar soluções de equilíbrio para equações diferenciais parciais usando base de Chebyshev. Aplicações do método são apresentadas para a equação de Alen-Cahn e Swift-Hohenberg. / This work presents a rigorous numerical method to find equilibrium solutions to partial differential equations using Chebyshev basis. Applications are presented to the Alen-Cahn and Swift-Hohenberg equations.

Cette thèse traite des Équations aux Dérivées Partielles Stochastiques Quasilinéaires. Elle est divisée en deux parties. La première partie concerne le problème d’obstacle pour les équations aux dérivées partielles stochastiques quasilinéaires et la deuxième partie est consacrée à l’étude des équations aux dérivées partielles stochastiques quasilinéaires dirigées par un G-mouvement brownien. Dans la première partie, on montre d’abord l’existence et l’unicité d’un problème d’obstacle pour les équations aux dérivées partielles stochastiques quasilinéaires (en bref OSPDE). Notre méthode est basée sur des techniques analytiques venant de la théorie du potentiel parabolique. La solution est exprimée comme une paire (u,v) où u est un processus prévisible continu qui prend ses valeurs dans un espace de Sobolev et v est une mesure régulière aléatoire satisfaisant la condition de Skohorod. Ensuite, on établit un principe du maximum pour la solution locale des équations aux dérivées partielles stochastiques quasilinéaires avec obstacle. La preuve est basée sur une version de la formule d’Itô et les estimations pour la partie positive d’une solution locale qui est négative sur le bord du domaine considéré. L’objectif de la deuxième partie est d’étudier l’existence et l’unicité de la solution des équations aux dérivées partielles stochastiques dirigées par G-mouvement brownien dans le cadre d’un espace muni d’une espérance sous-linéaire. On établit une formule d’Itô pour la solution et un théorème de comparaison. / This thesis deals with quasilinear Stochastic Partial Differential Equations (in short SPDE). It is divided into two parts, the first part concerns the obstacle problem for quasilinear SPDE and the second part solves quasilinear SPDE driven by G-Brownian motion. In the first part we begin with the existence and uniqueness result for the obstacle problem of quasilinear stochastic partial differential equations (in short OSPDE). Our method is based on analytical technics coming from the parabolic potential theory. The solution is expressed as a pair (u, v) where u is a predictable continuous process which takes values in a proper Sobolev space and v is a random regular measure satisfying minimal Skohorod condition. Then we prove a maximum principle for a local solution of quasilinear stochastic partial differential equations with obstacle. The proofs are based on a version of Itô’s formula and estimates for the positive part of a local solution which is negative on the lateral boundary. The objective of the second part is to study the well-posedness of stochastic partial differential equations driven by G-Brownian motion in the framework of sublinear expectation spaces. One can also establish an Itô formula for the solution and a comparison theorem.

In this report, we study various nonlinear wave equations arising in mathematical physics and investigate the existence of solutions to these equations using variational methods. In particular, we look for particle-like traveling wave solutions known as solitary waves. This study is motivated by the prevalence of solitary waves in applications and the rich mathematical structure of the nonlinear wave equations from which they arise. We focus on a semilinear perturbation of Maxwell's equations and the nonlinear Klein - Gordon equation coupled with Maxwell's equations. Physical ramifications of these equations are also discussed.