Wireless sensor networks are used in several multi-disciplinary areas covering a wide variety of applications. They provide distributed computing, sensing and communication in a powerful integration of capabilities. They have great long-term economic potential and have the ability to transform our lives. At the same time however, they pose several challenges – mostly as a result of their random deployment and non-renewable energy sources.Among the most important issues in wireless sensor networks are energy efficiency and radio interference. Topology control plays an important role in the design of wireless ad hoc and sensor networks; it is capable of constructing networks that have desirable characteristics such as sparser connectivity, lower transmission power and a smaller node degree.In this research a distributed topology control technique is presented that enhances energy efficiency and reduces radio interference in wireless sensor networks. Each node in the network makes local decisions about its transmission power and the culmination of these local decisions produces a network topology that preserves global connectivity. The topology that is produced consists of a planar graph that is a power spanner, it has lower node degrees and can be constructed using local information. The network lifetime is increased by reducing transmission power and the use of low node degrees reduces traffic interference. The approach to topology control that is presented in this document has an advantage over previously developed approaches in that it focuses not only on reducing either energy consumption or radio interference, but on reducing both of these obstacles. Results are presented of simulations that demonstrate improvements in performance. AFRIKAANS : Draadlose sensor netwerke word gebruik in verskeie multi-dissiplinêre areas wat 'n wye verskeidenheid toepassings dek. Hulle voorsien verspreide berekening, bespeuring en kommunikasie in 'n kragtige integrate van vermoëns. Hulle het goeie langtermyn ekonomiese potentiaal en die vermoë om ons lewens te herskep. Terselfdertyd lewer dit egter verskeie uitdagings op as gevolg van hul lukrake ontplooiing en nie-hernubare energie bronne. Van die belangrikste kwessies in draadlose sensor netwerke is energie-doeltreffendheid en radiosteuring. Topologie-beheer speel 'n belangrike rol in die ontwerp van draadlose informele netwerke en sensor netwerke en dit is geskik om netwerke aan te bring wat gewenste eienskappe het soos verspreide koppeling, laer transmissiekrag en kleiner nodus graad.In hierdie ondersoek word 'n verspreide topologie beheertegniek voorgelê wat energie-doeltreffendheid verhoog en radiosteuring verminder in draadlose sensor netwerke. Elke nodus in die netwerk maak lokale besluite oor sy transmissiekrag en die hoogtepunt van hierdie lokale besluite lewer 'n netwerk-topologie op wat globale verbintenis behou.Die topologie wat gelewer word is 'n tweedimensionele grafiek en 'n kragsleutel; dit het laer nodus grade en kan gebou word met lokale inligting. Die netwerk-leeftyd word vermeerder deur transmissiekrag te verminder en verkeer-steuring word verminder deur lae nodus grade. Die benadering tot topologie-beheer wat voorgelê word in hierdie skrif het 'n voordeel oor benaderings wat vroeër ontwikkel is omdat dit nie net op die vermindering van net energie verbruik of net radiosteuring fokus nie, maar op albei. Resultate van simulasies word voorgelê wat die verbetering in werkverrigting demonstreer. / Dissertation (MEng)--University of Pretoria, 2010. / Electrical, Electronic and Computer Engineering / unrestricted

Le travail présenté dans cette thèse a pour objectif l’étude des conditions nécessaires pour évaluer l'exposition radio fréquence (RF) due aux téléphones mobiles dans un scenario d’utilisation réelle et le développement d’une méthodologie permettant de prédire et de comparer les téléphones mobiles en fonction de leurs expositions RF réelles. Les téléphones mobiles sont caractérisés par leur débit d'absorption spécifique (DAS) et leur performance en émission et en réception (over-the-air, OTA). En utilisant le DAS et la puissance totale rayonnée (PTR), un indice d'exposition appelée l'indice SAROTA a été proposé précédemment afin de prévoir l'exposition réelle des téléphones mobiles. L’indice SAROTA sert ainsi de métrique permettant de comparer les téléphones mobiles. Afin de déterminer expérimentalement l’exposition réelle aux RF, plusieurs téléphones avec des modifications logicielles permettant d’enregistrer les paramètres du réseau, sont utilisés pour l’étude qui est menée comme suit : (a) caractérisation des outils et des ressources disponibles pour effectuer des mesures ciblées, (b) identification des ressources radio et des paramètres importants pour effectuer ces mesures, (c) étude de la mise en œuvre effective du mécanisme de contrôle de puissance observé dans un réseau mobile réel pour différents niveaux et de qualités du signal reçus, (d) étude de la corrélation entre la performance OTA des téléphones mobiles et l’étendue effective du contrôle de puissance appliquée par le réseau, (e) comparaison entre la valeur réelle de l’exposition et la valeur prédite en utilisant l’indice SAROTA. Comme les défis logistiques et techniques sont plus difficiles à surmonter pour les mesures dans un environnement multi-trajets extérieur, les expériences ont été limitées à des environnements intérieurs pour assurer une meilleure répétabilité des mesures. Lors d’une première phase de l’étude, la stabilité de l’environnement intérieur a été évaluée. Lors d’une deuxième phase, l’influence de la main sur le DAS et la PTR des téléphones mobiles ainsi que sur l’évaluation de l’exposition réelle prédite par l’indice SAROTA a été étudiée. Lors d’une troisième phase, un ensemble de téléphones mobiles identiques ont été modifiés et des mesures effectuées pour vérifier que l’indice SAROTA permet bien de prédire l’exposition réelle des personnes. / The work presented in the thesis is directed towards addressing the requirement for determining the radio frequency (RF) exposure due to mobile phones under typical usage/ real-life scenarios and also to develop a method to predict and compare mobile phones for their real-life RF exposure. The mobile phones are characterized for their specific absorption rate (SAR) and for transmit and receive performance given by the over-the-air (OTA) characterization. Using the SAR and the total radiated power (TRP) characterization, an exposure index referred to as the SAROTA index was previously proposed to predict the real-life exposure due to mobile phones which would also serve as a metric to compare individual phones. In order to experimentally determine the real-life RF exposure, various software modified phones (SMP) are utilized for the study. These phones contain an embedded software capable of recording the network parameters. The study is undertaken in the following order: (a) Characterization of the available tools and resources for performing targeted measurements/experiments, (b) identifying the important radio resource parameters and metrics to perform the targeted measurements, (c) investigation of the actual implementation of the power control mechanism in a live network for various received signal level and received quality environments, (d) investigating the correlation of the over-the-air performance of the mobile phones and the extent of actual power control realization, (e) comparing the actual exposure and the real-life exposure as predicted by the SAROTA index. Based on the logistical and technical challenges encountered, the experiments were restricted to indoor environments to enable repeatability. During the first phase of the study, the stability of the indoor environment was evaluated. During the second phase, the influence of hand phantom on the SAR and TRP of the mobile phones and the capability of the SAROTA index to predict the exposure was investigated. Further developing on the insights from the hand phantom experiments, in the third phase, a set of identical software modified phones were externally modified to alter the TRP performance and the methodology to determine the real-life exposure and also verify the capability of the SAROTA index to predict the exposure levels was investigated. The experiments demonstrate that the SAROTA index is capable of predicting the real-life exposure and comparing the mobile phones.

This study examined the connection between household type and delinquency and depressive symptoms for female adolescents. The present study draws its claims from Power-control theory which, at its most abstract level, predicts gender differences in delinquency based on the level of patriarchy in the family and the theoretical works of Sarah Rosenfield, who argues that it is the over control of females that causes them to have higher rates depression than males. This study hoped to build on research that links differences in family type and parental control to sex differences in delinquency by using the Power-control theory to look depressive symptoms among female adolescents. Past studies looking at female delinquency attempt to understand why females are under representative in crime statistics when compared to their male counterparts. These studies focus most of the attention on the social control placed over females. Using the National Longitudinal Study of Adolescent Health, the findings showed that, contrary to claims made by power-control theory, patriarchal family did not predict delinquent behavior or depressive symptoms for female adolescents. Further analysis included an instrument of control, parental attachment, risk perceptions and found significant results. Race was also significant in several models. The parent-daughter relationship was most significant in predicting outcomes of depressive symptoms and delinquent behavior. Those who reported close relationships with their parents were less likely to report depressive symptoms and delinquency behavior.

The dissertation presents a generalized average-current-mode control technique (GACMC), which is an extension of the average-current-mode control (ACMC) for single-phase ac-dc boost converters with power factor correction (PFC). Traditional ACMC is generalized in a sense that it offers improved performance in the form of significant reduction of the current control loop bandwidth requirement for a given line frequency in unidirectional and bidirectional boost PFC converters, and additional functionality in the form of reactive power control capability in bidirectional converters. These features allow using a relatively low switching frequency and slow-switching power devices such as insulated-gate bipolar transistors (IGBTs) in boost PFC converters, including those designed for higher ac line frequencies such as in aircraft power systems (360–800 Hz). In bidirectional boost PFC converters, including multilevel topologies, the GACMC offers a capability to supply a prescribed amount of reactive power (with leading or lagging current) independently of the dc load power, which allows the converter to be used as a static reactive power compensator in the power system. A closed-loop dynamic model for the current control loop of the boost PFC converter with the ACMC has been developed. The model explains the structure of the converter input admittance, the current phase lead phenomenon, and lays the groundwork for development of the GACMC. The leading phase admittance cancellation (LPAC) principle has been proposed to completely eliminate the current phase lead phenomenon and, consequently, the zero-crossing distortion in unidirectional converters. The LPAC technique has been adapted for active compensation of the input filter capacitor current in bidirectional boost PFC converters. The dynamic model of the current control loop for bidirectional boost PFC converters was augmented to include a reactive power controller. The proposed control strategy enables the converter to process reactive power and, thus, be used as a reactive power compensator, independently of the converter operation as an ac-dc converter. Multiple realizations of the reactive power controller have been identified and examined in a systematic way, along with their merits and limitations, including susceptibility to the ac line noise. Frequency response characteristics of reactive elements emulated by means of these realizations have been described. Theoretical principles and practical solutions developed in this dissertation have been experimentally verified using unidirectional and bidirectional converter prototypes. Experimental results demonstrated validity of the theory and proposed practical implementations of the GACMC. / Ph. D.

Cette thèse vise à élaborer de nouvelles stratégies de commande basées sur la commande prédictive pour le système de génération d’énergie éolienne. La topologie des systèmes de production éolienne basées sur le Générateur Asynchrone à Double Alimentation (GADA) qui convient à des plateformes de génération dans la gamme de puissance de 1.5 à 6 MW est abordée. Du point de vue technologique, le convertisseur à trois niveaux et clampé par le neutre (3L-NPC) est considéré comme une bonne solution pour une puissance élevée en raison de ses avantages: capacité à réduire la distorsion harmonique de la tension de sortie et du courant, et augmentation de la capacité du convertisseur grâce à une tension réduite appliquée à chaque semi-conducteur de puissance. Une description détaillée de la commande prédictive à ensemble de commande fini (FCS-MPC) avec un horizon de prédiction de deux pas est présentée pour deux boucles de régulation: celle liée au convertisseur connecté au réseau et celle du convertisseur connecté au GADA. Le principe de la commande repose sur l’utilisation d’un modèle de prédiction permettant de prédire le comportement du système pour chaque état de commutation du convertisseur. La minimisation d’une fonction de coût appropriée prédéfinie permet d’obtenir la commutation optimale à appliquer au convertisseur. La thèse étudie premièrement les problèmes liées à la compensation du temps de calcul de la commande et au choix et aux pondérations de la fonction de coût. Ensuite, le problème de stabilité de la commande FCS-MPC est abordé en considérant une fonction de Lyapunov dans la minimisation de la fonction de coût. Finalement, une étude sur la compensation des effets des temps morts du convertisseur est présentée. / This thesis aims to elaborate new control strategies based on Model Predictive control for wind energy generation system. We addressed the topology of doubly fed induction generator (DFIG) based wind generation systems which is suitable for generation platform power in the range in 1.5-6 MW. Furthermore, from the technological point of view, the three-level neutral-point clamped (3L-NPC) inverter configuration is considered a good solution for high power due to its advantages: capability to reduce the harmonic distortion of the output voltage and current, and increase the capacity of the converter thanks to a decreased voltage applied to each power semiconductor.In this thesis, we presented a detailed description of finite control set model predictive control (FCS-MPC) with two step horizon for two control schemes: grid and DFIG connected 3L-NPC inverter. The principle of the proposed control scheme is to use system model to predict the behaviour of the system for every switching states of the inverter. Then, the optimal switching state that minimizes an appropriate predefined cost function is selected and applied directly to the inverter.The study of issues such as delay compensation, computational burden and selection of weighting factor are also addressed in this thesis. In addition, the stability problem of FCS-MPC is solved by considering the control Lyapunov function in the design procedure. The latter study is focused on the compensation of dead-time effect of power converter.

近年來無線網狀網路(Wireless Mesh Networks)備受矚目，無線網狀網路繼承原有的ad hoc networks的特性並提供階層式及多網卡的網路存取架構。在multi-hop networks下，傳輸功率的控制和網路路由的選擇是重要的議題，因為不同的傳輸功率產生不同的網路拓墣連結性和干擾。此外，在不同網路卡間的路由選擇也會產生不同程度的intra/inter-flow 干擾。這些特性對網路效能有密切的影響，過去相關的路由協定設計也大多未同時考量傳輸功率控制與多網路卡的特性。 在這篇論文中，我們提出了跨網路協定層的路由協定，稱作M2iRi2，同時考量傳輸功率的控制並將Intra/Inter-flow的干擾導入到路由路徑的選擇。節點上的網路卡在物理層(Physical layer) 計算目前對潛在可容忍的新增干擾，並將此訊息送到網路層(Network layer)和鄰居節點作交換。透過此資訊的交換，在路由發現時控制路由請求封包的傳輸功率，當路由建立後，封包根據路由表的記載，選擇所對應的路由路徑和傳輸功率。經由NS-2模擬結果顯示，我們所提出的跨網路協定層路由協定可同時兼顧網路的吞吐量和平均點對點的延遲。 / In recent years, WMNs (Wireless Mesh Networks) technologies have received significant attentions. WMNs not only accede to the advantages of ad hoc networks but also provide hierarchical multi-interface architecture. Transmission power control and routing path selections are critical issues in the past researches of multi-hop networks. Variable transmission power levels lead to different network connectivity and interference. Further, routing path selections among different radio interfaces will also produce different intra/inter-flow interference. These features tightly affect the network performance. Most of the related works on routing protocol design do not consider transmission power control and multi-interface environment simultaneously. In this thesis, we proposed a cross-layer routing protocol called M2iRi2 which coordinates transmission power control and intra/inter-flow interference considerations as routing metrics. Each radio interface calculates the potential tolerable added transmission interference in the physical layer. When the route discovery starts, the M2iRi2 will adopt the appropriate power level to evaluate each interface quality along paths. The simulation results demonstrate that our protocol can enhance both network throughput and end-to-end delay.

Le spectre électromagnétique est une ressource naturelle dont l'usage doit être optimisé. Un grand nombre de travaux actuels visent à améliorer l'utilisation des fréquences radio en y introduisant un degré de flexibilité rendu possible par l'agilité en forme d'onde et en fréquence permise par la radio logicielle (SDR), ainsi que par les méthodes de traitement intelligent du signal (radio cognitive). Cette thèse se place dans ce contexte. Concrètement, nous considérons le problème de partage du spectre électromagnétique entre plusieurs utilisateurs sous contraintes d'interférence mutuelle. Notre objectif est de contribuer à l'évaluation du gain du partage de cette ressource rare qu'est le spectre électromagnétique. En étudiant le canal gaussien d'interférence avec l'interférence traitée comme du bruit additif gaussien aux différents récepteurs, nous avons trouvé une description géométrique et plusieurs caractérisations de la région des débits atteignables. Ensuite, considérant un cas plus réaliste où chaque utilisateur a une certaine qualité de service, nous avons trouvé une condition nécessaire et suffisante pour permettre la communication simultanée à travers le canal gaussien d'interférence pour deux utilisateurs. Dans un scénario de partage entre un utilisateur primaire ayant une plus grande priorité d'accès au spectre et un utilisateur secondaire, après avoir déterminé des bornes minimales pour le débit du primaire en fonction du schéma d'allocation de puissance de l'utilisateur secondaire, nous avons proposé une technique originale d'allocation de puissance pour l'utilisateur secondaire accédant de manière opportuniste au spectre sous contraintes de performance de coupure pour tous les utilisateurs. En particulier, cette technique d'allocation de puissance n'utilise que l'information sur l'état des canaux des liens directs allant de l'émetteur secondaire vers les autres points du réseau. Finalement, considérant des modèles de canaux plus réalistes; après avoir montré l'existence d'une zone d'exclusion autour du récepteur primaire (zone où il n'y a aucun transmetteur secondaire, dans le but de protéger l'utilisateur primaire contre les fortes interférences), nous avons caractérisé l'effet du shadowing et du path-loss sur cette zone d'exclusion du primaire. / In this thesis, we address the problem of spectrum-sharing for wireless communication where multiple users attempt to access a common spectrum resource under mutual interference constraints. Our objective is to evaluate the gains of sharing by investigating different scenarios of spectrum access. Studying the Gaussian Interference Channel with interferences considered as noise, we found a geometrical description and several characteristics of the achievable rate region. Considering a more realistic scenario, with each user having a certain QoS, we found necessary and sufficient condition to be fulfilled for simultaneous communication over the two-user Gaussian Interference Channel. Furthermore, we proposed two lower bounds for a single-primary-user mean rate, depending on the secondary user power control scheme. Specially, we investigated an original power control policy, for a secondary user, under outage performance requirement for both users and partial knowledge of the channel state information. Finally, considering a spectrums-haring with a licensee or primary user and several secondary or cognitive users, we showed the existence of an exclusive region around the primary receiver and we characterized the effects of shadowing and path-loss on this exclusive region (or no-talk zone).

L'évolution importante des réseaux sans fil tend à fournir les supports nécessaires aux applications ubiquitaires émergentes dans les réseaux Mesh sans fil. Les réseaux mesh comprennent des nœuds stationnaires qui remplissent la fonction de routage et appelés routeurs Mesh sans fil (WMR) et qui consitutent le réseau backbone sans fil (WBMN) ainsi que des nœuds clients mesh sans fil (WMCs). Alors que les WMCs sont limités en termes de fonctions et de resources radio, les WMRS fournissent des fonctions de pont et de passerelle afin de connecter les réseaux WMNs aux autres réseaux comme les réseaux cellulaires, les réseaux IEEE 802.11, les réseaux IEEE 802.16, ou tout simplement à Internet. Par conséquent, les réseaux WMRs sont construits à partir sur la base d'équipement radio de communication rapide et/ou multi-radio et multi-canaux. Les routeurs WMRs sont supposes être auto-organisés, auto-configurés et constituant un réseau WNMN robuste ce qui nécessite de soutenir des volumes importants de trafic de données et sur de longues périodes. Cependant, répondre à attentes élevées en termes de services nécessite le développement d'approches décentralisés pour le control dynamique des puissances de transmission (DTPC). La présente thèse se focalise sur le problème DTPC pour les deux cas de réseaux; utilisant un canal de communication et multicanaux. Pour les réseaux exploitant un seul canal, le problème est formulé en termes de problème d'optimisation où l'objectif est de minimiser en même temps des critères convexes associés aux liens et aux réseaux. Afin de résoudre ce problème, des modèles et des algorithmes, appelés MATA (multiple access transmission aware), ont été proposés. Pour les réseaux WBMNs utilisant des systèmes multi-radio et multi-canaux (MRMC), le réseau est modélisé par un ensemble de graphes appelés UCGs (unified channel graphs), chacun consistant les utilisateurs connectés au point d'accès en utilisant le même canal fréquentiel. Pour chaque ensemble UCG, le problème à résoudre un problème quadratique et stochastique soumis aux contraintes des états des liens dynamiques LSI (Link State Information) de tous les UCGs. Le protocole PMMUP, mutli-radio et minimisant la consummation énegétique, est propose au niveau de la couche liaison. Algorithmes d'estimation prédictive base sur ce protocol sont proposes pour résoudre les problèmes d'optimisation associés aux UGCs. Les problèmes énergétiques, les instabilités des queues et les interférences, sont formulés en termes de problèmes de commande optimale couplée, appelés SPWC (singularly-perturbed weakly-coupled). Pour résoudre les problèmes SPWC caractérisant le problème de commande optimal des energies de transmission, l'algorithme HORA (aeneralized higher-order recursive algorithm) qui permet d'obtenir les solutions stables pour les équations de Riccati a été développé. Les performes des modèles et algorithmes proposés dans le cadre de la présente thèse ont été évalués tant sur le plan théorique qu'en simulation. Différentes simulations ont été effectuées sur un large ensemble de topologies réseaux générés aléatoirement. Les résultats de simulation et analytiques Simulation confirment l'efficacité des algorithmes proposés par rapport à la majorité des techniques existantes / The remarkable evolution of wireless networks into the next generation to provide ubiquitous and seamless broadband applications has recently triggered the emergence of Wireless Mesh Networks (WMNs). The WMNs comprise stationary Wireless Mesh Routers (WMRs) forming Wireless Backbone Mesh Networks (WBMNs) and mobile Wireless Mesh Clients (WMCs) forming the WMN access. While WMCs are limited in function and radio resources, the WMRs are expected to support heavy duty applications : that is, WMRs have gateway and bridge functions to integrate WMNs with other networks such as the Internet, cellular, IEEE 802.11, IEEE 802.15, IEEE 802.16, sensor networks, et cetera. Consequently, WMRs are constructed from fast switching radios or multiple radio devices operating on multiple frequency channels. WMRs are expected to be self-organized, self-configured and constitute a reliable and robust WBMN which needs to sustain high traffic volumes and long “online” time. However, meeting such stringent service expectations requires the development of decentralized dynamic transmission power control (DTPC) approaches. This thesis addresses the DTPC problem for both single and multiple channel WBMNs. For single channel networks, the problem is formulated as the minimization of both the link-centric and network-centric convex cost function. In order to solve this issue, multiple access transmission aware (MATA) models and algorithms are proposed. For multi-radio multi-channel (MRMC) WBMNs, the network is modelled as sets of unified channel graphs (UCGs), each consisting of interconnected active network users communicating on the same frequency channel. For each UCG set, the minimization of stochastic quadratic cost functions are developed subject to the dynamic Link State Information (LSI) equations from all UCGs. An energy-efficient multi-radio unification protocol (PMMUP) is then suggested at the Link-Layer (LL). Predictive estimation algorithms based on this protocol are proposed to solve such objective functions. To address transmission energy and packet instabilities, and interference across multiple channels, singularly-perturbed weakly-coupled (SPWC) control problems are formulated. In order to solve the SPWC transmission power control problem, a generalized higher-order recursive algorithm (HORA) that obtains the Riccati Stabilizing Solutions to the control problem is developed. The performance behaviours of the proposed models and algorithms are evaluated both analytically and through computer simulations. Several simulations are performed on a large number of randomly generated topologies. Simulation and analytical results confirm the efficacy of the proposed algorithms compared to the most recently studied techniques

Conduit par une croissance exponentielle dans les appareils mobiles et une augmentation continue de la consommation individuelle des données, le trafic de données mobiles a augmenté de 4000 fois au cours des 10 dernières années et près de 400millions fois au cours des 15 dernières années. Les réseaux cellulaires homogènes rencontrent de plus en plus de difficultés à gérer l’énorme trafic de données mobiles et à assurer un débit plus élevé et une meilleure qualité d’expérience pour les utilisateurs.Ces difficultés sont essentiellement liées au spectre disponible et à la capacité du réseau.L’industrie de télécommunication doit relever ces défis et en même temps doit garantir un modèle économique pour les opérateurs qui leur permettra de continuer à investir pour répondre à la demande croissante et réduire l’empreinte carbone due aux communications mobiles. Les réseaux cellulaires hétérogènes (HetNets), composés de stations de base macro et de différentes stations de base de faible puissance,sont considérés comme la solution clé pour améliorer l’efficacité spectrale par unité de surface et pour éliminer les trous de couverture. Dans de tels réseaux, il est primordial d’attacher intelligemment les utilisateurs aux stations de base et de bien gérer les interférences afin de gagner en performance. Comme la différence de puissance d’émission est importante entre les grandes et petites cellules, l’association habituelle des mobiles aux stations de bases en se basant sur le signal le plus fort, n’est plus adaptée dans les HetNets. Une technique basée sur des offsets individuelles par cellule Offset(CIO) est donc nécessaire afin d’équilibrer la charge entre les cellules et d’augmenter l’attraction des petites cellules (SC) par rapport aux cellules macro (MC). Cette offset est ajoutée à la valeur moyenne de la puissance reçue du signal de référence(RSRP) mesurée par le mobile et peut donc induire à un changement d’attachement vers différents eNodeB. Comme les stations de bases dans les réseaux cellulaires LTE utilisent les mêmes sous-bandes de fréquences, les mobiles peuvent connaître une forte interférence intercellulaire, en particulier en bordure de cellules. Par conséquent, il est primordial de coordonner l’allocation des ressources entre les cellules et de minimiser l’interférence entre les cellules. Pour atténuer la forte interférence intercellulaire, les ressources, en termes de temps, fréquence et puissance d’émission, devraient être alloués efficacement. Un modèle pour chaque dimension est calculé pour permettre en particulier aux utilisateurs en bordure de cellule de bénéficier d’un débit plus élevé et d’une meilleure qualité de l’expérience. L’optimisation de tous ces paramètres peut également offrir un gain en consommation d’énergie. Dans cette thèse, nous proposons une solution dynamique polyvalente effectuant une optimisation de l’attachement des mobiles aux stations de base et de l’allocation des ressources dans les réseaux cellulaires LTE maximisant une fonction d’utilité du réseau qui peut être choisie de manière adéquate.Notre solution, basée sur la théorie des jeux, permet de calculer les meilleures valeurs pour l’offset individuelle par cellule (CIO) et pour les niveaux de puissance à appliquer au niveau temporel et fréquentiel pour chaque cellule. Nous présentons des résultats des simulations effectuées pour illustrer le gain de performance important apporté par cette optimisation. Nous obtenons une significative hausse dans le débit moyen et le débit des utilisateurs en bordure de cellule avec 40 % et 55 % de gains respectivement. En outre, on obtient un gain important en énergie. Ce travail aborde des défis pour l’industrie des télécoms et en tant que tel, un prototype de l’optimiseur a été implémenté en se basant sur un trafic HetNets émulé. / Driven by an exponential growth in mobile broadband-enabled devices and a continue dincrease in individual data consumption, mobile data traffic has grown 4000-fold over the past 10 years and almost 400-million-fold over the past 15 years. Homogeneouscellular networks have been facing limitations to handle soaring mobile data traffic and to meet the growing end-user demand for more bandwidth and betterquality of experience. These limitations are mainly related to the available spectrumand the capacity of the network. Telecommunication industry has to address these challenges and meet exploding demand. At the same time, it has to guarantee a healthy economic model to reduce the carbon footprint which is caused by mobile communications.Heterogeneous Networks (HetNets), composed of macro base stations and low powerbase stations of different types, are seen as the key solution to improve spectral efficiency per unit area and to eliminate coverage holes. In such networks, intelligent user association and interference management schemes are needed to achieve gains in performance. Due to the large imbalance in transmission power between macroand small cells, user association based on strongest signal received is not adapted inHetNets as only few users would attach to low power nodes. A technique based onCell Individual Offset (CIO) is therefore required to perform load balancing and to favor some Small Cell (SC) attraction against Macro Cell (MC). This offset is addedto users’ Reference Signal Received Power (RSRP) measurements and hence inducing handover towards different eNodeBs. As Long Term Evolution (LTE) cellular networks use the same frequency sub-bands, mobile users may experience strong inter-cellxv interference, especially at cell edge. Therefore, there is a need to coordinate resource allocation among the cells and minimize inter-cell interference. To mitigate stronginter-cell interference, the resource, in time, frequency and power domain, should be allocated efficiently. A pattern for each dimension is computed to permit especially for cell edge users to benefit of higher throughput and quality of experience. The optimization of all these parameters can also offer gain in energy use. In this thesis,we propose a concrete versatile dynamic solution performing an optimization of user association and resource allocation in LTE cellular networks maximizing a certainnet work utility function that can be adequately chosen. Our solution, based on gametheory, permits to compute Cell Individual Offset and a pattern of power transmission over frequency and time domain for each cell. We present numerical simulations toillustrate the important performance gain brought by this optimization. We obtain significant benefits in the average throughput and also cell edge user through put of40% and 55% gains respectively. Furthermore, we also obtain a meaningful improvement in energy efficiency. This work addresses industrial research challenges and assuch, a prototype acting on emulated HetNets traffic has been implemented.

Due to its significant advantage in spectral efficiency, multiple-antenna communication technology will undoubtedly be a major component in future wireless system implementations. However, the full exploitation of this technology also requires perfect feedback of channel state information (CSI) to the transmitter-- something that is not practically feasible. This motivates the study of limited feedback systems, where CSI feedback is rate limited. This thesis focuses on the optimal design of limited feedback systems for three types of communication channels: the relay channel, the single-user point-to-point channel, and the multiuser broadcast channel. For the relay channel, we prove the efficiency of the Grassmannian codebooks as the source and relay beamforming codebooks, and propose a method for CSI exchange between the relay and the destination when global CSI is not available at destination. For the single-user point-to-point channel, we study the joint power control and beamforming problem and address the channel magnitude and direction quantization codebook design problem. It is shown that uniform quantization of the channel magnitude (in dB scale) is asymptotically optimal regardless of the channel distribution. The analysis further derives the optimal split of feedback bandwidth between the magnitude and direction quantization codebooks. For the multiuser broadcast channel, we first prove the sufficiency of a product magnitude-direction quantization codebook for managing the multiuser interference. We then derive the optimal split of feedback bandwidth across the users and their magnitude and direction codebooks. The optimization results reveal an inherent structural difference between the single-user and multiuser quantization codebooks: a multiuser codebook should have a finer direction quantization resolution as compared to a single-user codebook. It is further shown that the users expecting higher rates and requiring more reliable communication should provide a finer quantization of their CSI. Finally, we determine the minimum required total feedback rate based on users' quality-of-service constraints and derive the scaling of the system performance with the total feedback rate.