The advent of high-fT silicon CMOS/BiCMOS technologies has led to a dramatic upsurge in the research and development of radio and microwave frequency integrated circuits (ICs) in silicon. The integration of silicon-germanium heterojunction bipolar transistors (SiGe HBTs) into established "digital" CMOS processes has provided analog performance in silicon that is not only competitive with III-V compound-semiconductor technologies, but is also potentially lower in cost. Combined with improvements in silicon on-chip passives, such as high-Q metal-insulator-metal (MIM) capacitors and monolithic spiral inductors, these advanced RF CMOS and SiGe BiCMOS technologies have enabled complete silicon-based RF integrated circuit (RFIC) solutions for emerging wireless communication standards; indeed, both the analog and digital functionalities of an entire wireless system can now be combined in a single IC, also known as a wireless "system-on-a-chip" (SoC). This approach offers a number of potential benefits over multi-chip solutions, such as reductions of parasitics, size, power consumption, and bill-of-materials; however, a number of critical challenges must be considered in the integration of such SoC solutions. The focus of this research is the application of SiGe BiCMOS technology to on-going challenges in the development of receiver components for high speed wireless data networks. The research seeks to drive SoC integration by investigating circuit topologies that eliminate the need for off-chip components and are amenable to complete on-chip integration. The first part of this dissertation presents the design, fabrication, and measurement of a 5--6GHz sub-harmonic direct-conversion-receiver (DCR) front-end, implemented in the IBM 0.5um 5HP SiGe BiCMOS process. The design consists of a fully-differential low-noise amplifier (LNA), a set of quadrature (I and Q)x~2 sub-harmonic mixers, and an LO conditioning chain. The front-end design provides a means to address performance limitations of the DCR architecture (such as DC-offsets, second-order distortion, and quadrature phase and amplitude imbalances) while enabling the investigation of high-frequency IC design complications, such as package parasitics and limited on-chip isolation. The receiver front-end has a measured conversion gain of ~18dB, an input second-order intercept point of +17.5dBm, and a noise figure of 7.2dB. The quadrature phase balance at the sub-harmonic mixer IF outputs was measured in the presence of digital switching noise; 90<degree> balance was achieved, over a specific range of LO power levels, with a square wave noise signal injected onto the mixer DC supply rails. The susceptibility of receiver I/Q balance to mixed-signal effects in a SoC environment motivates the second part of this dissertation --- the design of a phase and amplitude tunable, quadrature voltage-controlled oscillator (QVCO) for the on-chip synthesis of quadrature signals. The QVCO design, implemented in the Freescale (formerly Motorola) 0.18um SiGe:C RFBiCMOS process, uses two identical, differential LC-tank VCOs connected such that the two oscillator outputs lock in quadrature to the same frequency. The QVCO designs proposed in this work provide the additional feature of phase-tunability, i.e. the relative phase balance between the quadrature outputs can be adjusted dynamically, offering a simulated tuning range of ~90<degree>+/-10â ¹degree> in addition, a variable-gain buffer/amplifier circuit that provides amplitude tunability is introduced. One potential application of the QVCO is in a self-correcting RF receiver architecture, which, using the phase and amplitude tunability of the QVCO, could dynamically adjust the IF output quadrature phase and amplitude balance, in near real-time, in the analog-domain. The need for high-quality inductors in both the DCR and QVCO designs motivates the third aspect of this dissertation --- the characterization and modeling of on-chip spiral inductors with patterned ground shields, which are placed between the inductor coil and the underlying substrate in order to improve the inductor quality factor (Q). The shield prevents the coupling of energy away from the inductor spiral to the typically lossy Si substrate, while the patterning disrupts the flow of induced image currents within the shield. The experimental effort includes the fabrication and testing of a range of inductors with different values, and different types of patterned ground shields in different materials. Two-port measurements show a ~50% improvement in peak-Q and a ~20% degradation in self-resonant frequency for inductors with shields. From the measured results, a scalable lumped element model is developed for the rapid simulation of spiral inductors with and without patterned ground shields. The knowledge gained from this work can be combined and applied to a range of future RF/wireless SoC applications. The designs developed in this dissertation can be ported to other technologies (e.g. RF CMOS) and scaled to other frequency ranges (e.g. 24GHz ISM band) to provide solutions for emerging applications that require low-cost, low-power RF/microwave circuit implementations. / Ph. D.

Conduction velocity error is often the main culprit behind the need for very fine spatial discretizations and high computational effort in cardiac electrophysiology problems. In light of this, a novel approach for simulating an accurate conduction velocity in coarse meshes with linear elements is suggested based on a modified quadrature approach. In this approach, the quadrature points are placed at arbitrary offsets of the isoparametric coordinates. A numerical study illustrates the dependence of the conduction velocity on the spatial discretization and the conductivity when using different quadrature rules and calculation approaches. Additionally, examples using the modified quadrature in coarse meshes for wave propagation demonstrate the improved accuracy of the conduction velocity with this method. This novel approach possesses great potential in reducing the computational effort required but remains limited to specific linear elements and experiences a reduction in accuracy for irregular meshes and heterogeneous conductivities. Further research can focus on developing an adaptive quadrature and extending the approach to other element formulations in order to make the approach more generally applicable.

The rapid growth in wireless communications has given rise to an increasing demand for channel capacity using limited bandwidth. Wireless channels vary over time due to fading and changing interference conditions. Typical wireless systems are designed by choosing a modulation scheme to meet worst case conditions and thus rely on power control to adapt to changing channel conditions. Adaptive modulation, however, exploits these channel variations to improve the spectral efficiency of wireless communications by intelligently changing the modulation scheme based on channel conditions. Necessarily, among the modulation schemes used are spectrally efficient modulation schemes such as quadrature amplitude modulation (QAM) techniques. QAM yields the high spectral efficiency due to its use of amplitude as well as phase modulation and therefore is an effective technique for achieving high channel capacity. The main drawbacks of QAM modulation are its reduced energy efficiency (as compared to standard QPSK) and its sensitivity to channel amplitude variations. Adaptive modulation attempts to address the first drawback by using more energy efficient schemes in low SNR conditions are reserving the use of QAM for high SNR conditions. The second drawback leads to a requirement of high quality channel estimation. Many researchers have studied pilot symbol assisted modulation for compensating the effects of fading at the receiver. A main contribution of this thesis is the investigation of different channel estimation techniques (along with the effect of pilot symbol spacing and Doppler spread) on the performance of adaptive modulation. Another important parameter affecting adaptive modulation is the signal-to-noise ratio. In order to adapt modulation efficiently, it is essential to have accurate knowledge of the channel signal-to-noise ratio. The performance of adaptive modulation depends directly on how well the channel SNR is estimated. The more accurate the estimation of the channel SNR is, the better the choice of modulation scheme becomes, and the better the ability to exploit the variations in the wireless channel is. The second main contribution of this thesis is the investigation of the impact of SNR estimation techniques on the performance and spectral efficiency of adaptive modulation. Further, we investigate the impact of various channel conditions on SNR estimation and the resulting impact on the performance of adaptive modulation. Finally, we investigate long term SNR estimation, its use in adaptive modulation and present a comparison between the two approaches / Master of Science

Les calculs d'équilibres à triphasiques et quadriphasiques sont au cœur des simulations de réservoirs impliquant des processus de récupérations tertiaires. Dans les procédés d'injection de gaz ou de vapeur, le système huile-gaz est enrichi d'une nouvelle phase qui joue un rôle important dans la récupération de l'huile en place. Les calculs d'équilibres représentent la majeure partie des temps de calculs dans les simulations de réservoir compositionnelles où les routines thermodynamiques sont appelées un nombre conséquent de fois. Il est donc important de concevoir des algorithmes qui soient fiables, robustes et rapides. Dans la littérature peu de simulateurs basés sur des équations d'état sont applicables aux procédés de récupération thermique. A notre connaissance, il n'existe pas de simulation thermique complètement compositionnelle de ces procédés pour des cas d'applications aux huiles lourdes. Ces simulations apparaissent essentielles et pourraient offrir des outils améliorés pour l’étude prédictive de certains champs. Dans cette thèse, des algorithmes robustes et efficaces de calculs d’équilibre multiphasiques sont proposés permettant de surmonter les difficultés rencontrés durant les simulations d'injection de vapeur pour des huiles lourdes. La plupart des algorithmes d'équilibre de phases sont basés sur la méthode de Newton et utilisent les variables conventionnelles comme variables indépendantes. Dans un premier temps, des améliorations de ces algorithmes sont proposées. Les variables réduites permettent de réduire la dimensionnalité du système de nc (nombre de composants) dans le cas des variables conventionnelles, à M (M<<nc), et sont déjà utilisées dans certains simulateurs de réservoirs commerciaux. La méthode de réduction proposée par Nichita and Graciaa (Fluid Phase Equil. 302 (2011) 226-233) est étendue à l'analyse de stabilité et aux calculs d'équilibres multiphasiques. A l'inverse des précédentes méthodes de réduction, les variables ne sont pas bornées. La méthode de Newton nécessite une Hessienne définie positive pour pouvoir être utilisée. D'autres méthodes de minimisations sont testées permettant de s'affranchir de cette contrainte; les méthodes Quasi-Newton et Trust-Region qui garantissent une direction de descente à chaque itération. Ces dernières présentent un grand intérêt puisqu'elles permettent de réaliser des pas supra-linéaires (même lorsque la Hessienne n'est pas définie positive) et quadratiques (Trust-Region) ou proches de quadratiques (Quasi-Newton) dans le cas contraire. Un nouveau vecteur de variables indépendantes est proposé (construit afin d'obtenir une meilleure mise échelle du problème) et utilisé au sein d'un algorithme BFGS modifié. De même, une méthode de Trust-Region est développée pour les problèmes de tests de stabilités et d'équilibres multiphasiques. Ensuite, considérant le fluide comme semi-continu, une méthodologie basée sur une procédure de quadrature Gaussienne est proposée pour calculer mathématiquement les pseudo-composants capables de représenter le comportement du fluide. La méthodologie peut être vue comme une procédure de groupement/dégroupement, applicable pour tout nombre de points de quadratures et toute composition de mélange. Dans une dernière partie, un algorithme général pour le calcul d’équilibre multiphasique est présenté incluant tous les algorithmes développés. Ce dernier est testé et validé contre des données expérimentales et de la littérature. Des simulations triphasiques et quadriphasiques d'injection de CO2 démontrent la capacité du programme à traiter un nombre arbitraire de phases. Des simulations de balayages par la vapeur sont réalisées pour des réservoirs montrant d'importantes hétérogénéités. Finalement, une simulation complètement compositionnelle du processus de Steam Assisted Gravity Drainage est réalisée. A notre connaissance, il s'agit de la première simulation de la sorte pour des cas d'applications d'huiles lourdes. / Three to four phase equilibrium calculations are in the heart of tertiary recovery simulations. In gas/steam injection processes, additional phases emerging from the oil-gas system are added to the set and have a significant impact on the oil recovery. The most important computational effort in many chemical process simulators and in petroleum compositional reservoir simulations is required by phase equilibrium and thermodynamic property calculations. In field scale reservoir simulations, a huge number of phase equilibrium calculations is required. For all these reasons, the algorithms must be robust and time-saving. In the literature, few simulators based on equations of state (EoS) are applicable to thermal recovery processes such as steam injection. To the best of our knowledge, no fully compositional thermal simulation of the steam injection process has been proposed with extra-heavy oils; these simulations are essential and will offer improved tools for predictive studies of the heavy oil fields. Thus, in this thesis different algorithms of improved efficiency and robustness for multiphase equilibrium calculations are proposed, able to handle conditions encountered during the simulation of steam injection for heavy oil mixtures. Most of the phase equilibrium calculations are based on the Newton method and use conventional independent variables. These algorithms are first investigated and different improvements are proposed. Michelsen’s (Fluid Phase Equil. 9 (1982) 21-40) method for multiphase-split problems is modified to take full advantage of symmetry (in the construction of the Jacobian matrix and the resolution of the linear system). The reduction methods enable to reduce the space of study from nc (number of components) for conventional variables to M (M<<nc) and are already used in some commercial reservoir simulators. The reduction method proposed by Nichita and Graciaa (Fluid Phase Equil. 302 (2011) 226-233) is extended to phase stability analysis and multiphase-split calculations. Unlike previous reduction methods, the set of variables is unbounded and the convergence path is the same as in conventional methods using the logarithm of equilibrium constants as variables. The Newton method requires a positive definite Hessian for convergence. Other kinds of minimization methods are investigated which overcome this constraint; the Quasi-Newton and Trust-region methods always guarantee a descent direction. These methods represent an interesting alternative since they can reach supra-linear steps even when the Hessian is non-positive definite, and can reach quadratic steps (Trust-Region) or nearly quadratic steps (Quasi-Newton) otherwise. A new set of independent variables is proposed (designed to ensure a better scaling of the problem) for a modified BFGS (which ensures the positive definiteness of the approximation of the Hessian matrix) algorithm and a Trust-Region method is also proposed for the stability-testing and phase-split problems. Subsequently, by assuming the fluid composition as semi-continuous, a methodology based on a Gaussian quadrature is proposed to mathematically compute a set of pseudo-components capable of representing the fluid behavior. The methodology can be seen as a lumping-delumping procedure, applicable to any number of quadrature points and to any feed distribution. In a last part, a general multiphase flash procedure implementing all the developed algorithms is presented, and tested against experimental and literature data. Three- and four phase CO2 injection simulations demonstrate the capability of the program to handle any number of phases. Simulations of steam flooding are performed for highly heterogeneous reservoirs. Finally, a fully compositional simulation of the steam assisted gravity drainage process is realized. To the best of our knowledge, this is the first simulation of the kind for heavy oil mixtures.

Le sujet de ce travail de thèse est l’application de la méthode de caractéristiques longues (MOC) pour résoudre l’équation du transport des neutrons pour des géométries à trois dimensions extrudées. Les avantages du MOC sont sa précision et son adaptabilité, le point faible était la quantité de ressources de calcul requises. Ce problème est même plus important pour des géométries à trois dimensions ou le nombre d’inconnues du problème est de l’ordre de la centaine de millions pour des calculs d’assemblage.La première partie de la recherche a été dédiée au développement des techniques optimisées pour le traçage et la reconstruction à-la-volé des trajectoires. Ces méthodes profitent des régularités des géométries extrudées et ont permis une forte réduction de l’empreinte mémoire et une réduction des temps de calcul. La convergence du schéma itératif a été accélérée par un opérateur de transport dégradé (DPN) qui est utilisé pour initialiser les inconnues de l’algorithme itératif and pour la solution du problème synthétique au cours des itérations MOC. Les algorithmes pour la construction et la solution des opérateurs MOC et DPN ont été accélérés en utilisant des méthodes de parallélisation à mémoire partagée qui sont le plus adaptés pour des machines de bureau et pour des clusters de calcul. Une partie importante de cette recherche a été dédiée à l’implémentation des méthodes d’équilibrage la charge pour améliorer l’efficacité du parallélisme. La convergence des formules de quadrature pour des cas 3D extrudé a aussi été explorée. Certaines formules profitent de couts négligeables du traitement des directions azimutales et de la direction verticale pour accélérer l’algorithme. La validation de l’algorithme du MOC a été faite par des comparaisons avec une solution de référence calculée par un solveur Monte Carlo avec traitement continu de l’énergie. Pour cette comparaison on propose un couplage entre le MOC et la méthode des Sous-Groupes pour prendre en compte les effets des résonances des sections efficaces. Le calcul complet d’un assemblage de réacteur rapide avec interface fertile/fissile nécessite 2 heures d’exécution avec des erreurs de quelque pcm par rapport à la solution de référence.On propose aussi une approximation d’ordre supérieur du MOC basée sur une expansion axiale polynomiale du flux dans chaque maille. Cette méthode permet une réduction du nombre de mailles (et d’inconnues) tout en gardant la même précision.Toutes les méthodes développées dans ce travail de thèse ont été implémentées dans la version APOLLO3 du solveur de transport TDT. / The topic of our research is the application of the Method of Long Characteristics (MOC) to solve the Neutron Transport Equation in three-dimensional axial geometries. The strength of the MOC is in its precision and versatility. As a drawback, it requires a large amount of computational resources. This problem is even more severe in three-dimensional geometries, for which unknowns reach the order of tens of billions for assembly-level calculations.The first part of the research has dealt with the development of optimized tracking and reconstruction techniques which take advantage of the regularities of three-dimensional axial geometries. These methods have allowed a strong reduction of the memory requirements and a reduction of the execution time of the MOC calculation.The convergence of the iterative scheme has been accelerated with a lower-order transport operator (DPN) which is used for the initialization of the solution and for solving the synthetic problem during MOC iterations.The algorithms for the construction and solution of the MOC and DPN operators have been accelerated by using shared-memory parallel paradigms which are more suitable for standard desktop working stations. An important part of this research has been devoted to the implementation of scheduling techniques to improve the parallel efficiency.The convergence of the angular quadrature formula for three-dimensional cases is also studied. Some of these formulas take advantage of the reduced computational costs of the treatment of planar directions and the vertical direction to speed up the algorithm.The verification of the MOC solver has been done by comparing results with continuous-in-energy Monte Carlo calculations. For this purpose a coupling of the 3D MOC solver with the Subgroup method is proposed to take into account the effects of cross sections resonances. The full calculation of a FBR assembly requires about 2 hours of execution time with differences of few PCM with respect to the reference results.We also propose a higher order scheme of the MOC solver based on an axial polynomial expansion of the unknown within each mesh. This method allows the reduction of the meshes (and unknowns) by keeping the same precision.All the methods developed in this thesis have been implemented in the APOLLO3 version of the neutron transport solver TDT.

Les propriétés de transport à haute température dans les gaz et/ou dans les plasmas ont une importance capitale dans différents domaines, à savoir dans le domaine de technologie de coupure à arc, plasmas de coupure, de soudure ou de gravure. La connaissance des coefficients de transport est nécessaire pour toute modélisation faisant intervenir les équations hydrodynamiques. Dans le cadre de la théorie cinétique des gaz dilués, une solution approchée de l’équation intégro-différentielle de Boltzmann régissant les fonctions de distribution a été proposée par Chapman-Enskog. Les coefficients de transport sont calculés classiquement par la méthode de Chapman-Enskog via les intégrales de collision. Dans le cadre de notre étude nous avons développé, dans un premier temps, un code numérique permettant l’obtention de ces intégrales de collision en tenant compte des singularités qui peuvent apparaître dans le calcul des sections efficaces relatives aux interactions entre les particules constituant les gaz et/ou les plasmas. Dans un second temps nous avons étudié l’influence du choix des paramètres des potentiels d’interaction sur les coefficients de transport. Par la suite, nous avons utilisé le code numérique ainsi développé pour évaluer les coefficients de transport du plasma d’hélium en étudiant l’influence du choix de la méthode de calcul de composition chimique sur ces coefficients. Enfin, un modèle simplifié d’une interaction entre une onde électromagnétique et un plasma d’hélium a été proposé comme une application directe des coefficients de transport. / Transport properties at high temperature in gases and/or in plasmas are of very importance in various fields, namely in the field of breaking technology in arc, cutting plasma, welding or burning. Knowledge of transport coefficients is necessary for any modeling involving hydrodynamic equations. As part of the kinetic theory of diluted gas, an approximate solution of the integro-differential Boltzmann equation governing distribution functions was proposed by Chapman-Enskog. Transport coefficients are classically computed using the method of Chapman-Enskog through the collision integrals. In our study we have developed, initially, a numerical code to obtain these collision integral taking into account the singularities that may occur in the calculation of the cross sections relating to interactions between particles forming the gas and/or plasmas. Secondly, we have studied the influence of the choice of parameters of interaction potentials on transport coefficients. Subsequently, we have used the numerical code developed for evaluating and helium plasma transport coefficients by studying the influence of the choice of method for calculating chemical composition on these coefficients. Finally, a simplified model of an interaction between an electromagnetic wave and a helium plasma has been proposed as a direct application of the transport coefficients.

This thesis deals with a power flow control in the electric power system. An overview of FACTS devices is introduced; their basic characteristics as well as examples of their application are discussed. A significant part of this thesis investigates phase shifting transformers (PST´s), which seem to be suitable for implementation in the transmission system of the Czech Republic. The PST´s are useful devices that control active power flows on cross-border lines and regulate unwanted and unexpected power flows. Basic types and characteristics of the PST´s are discussed. In chapter 7 is designed laboratory task that should validate the regulatory capabilities of the transformer PST. Designs of models of individual parts of this laboratory task are presented. In the last part of this thesis the regulation effect of the PST is validated in the GLF/AES program.

Cette thèse examine les décisions financières à travers la théorie des options Américaines et Exotiques. Dans un premier temps, nous avons présenté une revue de la littérature sur les options de type Américain. La tarification de l’option Américaine standard d’achat est revisitée en vue de fournir les pré-requis. Dans l’étape suivante, un nouveau type de contrat d’option, appelé Strangle Euro-American ou Strangle Hybride, a été introduit. Des formules analytiques ont été fournies pour leurs prix ainsi que leurs paramètres de gestion. Une nouvelle méthode est proposée pour calculer les intégrales qui définissent les bornes d’exercice anticipé. Il a été démontré que cette méthode est efficiente, précise et rapide pour la tarification de tous les types de Strangle voir au delà. Puis, nous avons examiné les options Step de type Américain. Nous avons démontré que les propriétés des options d’achat "vanille" ne s’appliquent pas aux Step dans certaines situations. Les formules d’évaluation et des paramètres de gestion ont été déterminés. Et enfin, nous avons considéré l’évaluation d’une firme détenant simultanément une option d’abandon et une option d’expansion de ses activités selon des conditions du marché (favorables ou défavorables). Les seuils critiques de décision ont été obtenus. Des formules analytiques pour la valeur de la firme ont été obtenues. Des simulations illustrent le comportement de ces seuils critiques de décisions anticipées. / This thesis investigates the financial decisions through the theory of American and Exotic options. First, the literature on American-style derivatives is surveyed. The pricing of standard American call option in the early exercise premium representation is addressed in order to provide prerequisites for what follows. Second, a new variant of Strangle contracts, called Euro-American or Hybrid Strangles, is introduced and priced. Analytical formulas are provided for the prices of all these option contracts as well as their hedging parameters. A new quadrature is proposed to account for the systems of coupled integral equations that locate the early exercise boundaries. It is shown to be efficient, accurate, and fast for pricing all types of early exercisable strangles and more. Third, we examines the valuation of American Step options contract. The structures of the immediate exercise regions of the various contracts are identified. Typical properties of American vanilla calls are shown to fail in some cases. Formulas for prices and hedging parameters, for the American Step options, are derived. Finally, we consider the valuation of a firm holding simultaneously an option to expand and to abandon productions depending on the state of the market (good or bad) in a real option framework. Optimal decision levels are obtained. Analytical formulas for the firm’s value are provided. Numerical results document the behavior of the firm’s value and optimal exercise boundaries levels.

Particle suspensions occur in many situations in nature and industry. In this master’s thesis, the motion of a single rigid spheroidal particle immersed in Stokes flow is studied numerically using a boundary integral method and a new specialized quadrature method known as quadrature by expansion (QBX). This method allows the spheroid to be massless or inertial, and placed in any kind of underlying Stokesian flow.   A parameter study of the QBX method is presented, together with validation cases for spheroids in linear shear flow and quadratic flow. The QBX method is able to compute the force and torque on the spheroid as well as the resulting rigid body motion with small errors in a short time, typically less than one second per time step on a regular desktop computer. Novel results are presented for the motion of an inertial spheroid in quadratic flow, where in contrast to linear shear flow the shear rate is not constant. It is found that particle inertia induces a translational drift towards regions in the fluid with higher shear rate. / Partikelsuspensioner förekommer i många sammanhang i naturen och industrin. I denna masteruppsats studeras rörelsen hos en enstaka stel sfäroidisk partikel i Stokesflöde numeriskt med hjälp av en randintegralmetod och en ny specialiserad kvadraturmetod som kallas quadrature by expansion (QBX). Metoden fungerar för masslösa eller tröga sfäroider, som kan placeras i ett godtyckligt underliggande Stokesflöde.   En parameterstudie av QBX-metoden presenteras, tillsammans med valideringsfall för sfäroider i linjärt skjuvflöde och kvadratiskt flöde. QBX-metoden kan beräkna kraften och momentet på sfäroiden samt den resulterande stelkroppsrörelsen med små fel på kort tid, typiskt mindre än en sekund per tidssteg på en vanlig persondator. Nya resultat presenteras för rörelsen hos en trög sfäroid i kvadratiskt flöde, där skjuvningen till skillnad från linjärt skjuvflöde inte är konstant. Det visar sig att partikeltröghet medför en drift i sidled mot områden i fluiden med högre skjuvning.

Cette thèse a été effectuée dans le cadre du projet européen FP7 EMPHATIC (Enhanced Multicarrier Techniques for Professional Ad-Hoc and Cell-Based Communications). Plusieurs universités européennes et deux partenaires industriels: THALES Communications Security et CASSIDIAN ont participé à ce projet. L'objectif de ce projet est de développer, d'évaluer et de démontrer les apports des techniques multi-porteuses avancées, permettant une meilleure utilisation des bandes de fréquences radio existantes en fournissant des services de données à large bande, en coexistence avec les services traditionnels à bande étroite. Le projet porte sur l'application de radiocommunications mobiles professionnelles (Professional Mobile Radio : PMR). L'idée principale de ce projet est d'analyser la viabilité des systèmes à large bande utilisant des bancs de filtres (Filter Bank Multi Carrier : FBMC) conjointement avec une modulation d'amplitude en quadrature avec décalage (Offset Quadrature Amplitude Modulation : OQAM) dans le cadre de la 5ème génération (5G) des systèmes radio-mobiles. La modulation FBMC-OQAM se positionne comme candidate potentielle pour les futurs systèmes de communication. Cette modulation avancée offre de nombreux avantages tels que l’excellente localisation fréquentielle de sa densité spectrale de puissance (DSP), une robustesse au bruit de phase, aux décalages de fréquence ainsi qu’à l’asynchronisme entre les utilisateurs. Ces atouts, la rendent plus attrayant qu’OFDM pour l’application PMR, la radio cognitive (CR) et la 5G. Cependant, comme toute autre technique de modulation muti-porteuses, FBMC-OQAM souffre d’un facteur de crête ou d’un PAPR (pour Peak to Average Power Ratio) élevé. Lorsque l'amplificateur de puissance (AP), utilisé au niveau de l’émetteur, est opéré proche de sa zone non-linéaire (NL), ce qui est le cas dans la pratique, la bonne localisation fréquentielle de la DSP du système FBMC/OQAM est sérieusement compromise, en raison des remontées spectrales. Le premier objectif de cette thèse est de prédire l'étendue des remontées spectrales dans les systèmes FBMC-OQAM, introduites par la non-linéarité AP. Le deuxième objectif de ce travail est de proposer des techniques, pour les systèmes FBMC-OQAM, permettant la réduction du PAPR et la linéarisation de l’AP, afin d'atténuer les effets NL. L’utilisation des cumulants, a permis de prédire les remontées spectrales pour les signaux FBMC-OQAM après amplification NL. En outre, certains algorithmes de réduction du PAPR, basées sur des approches probabilistes et des techniques d'ajout de signaux, ont été proposés. La capacité de coexistence du système à large bande utilisant FBMC-OQAM avec des systèmes PMR à bande étroite en présence de PA a été analysée et il a été démontré que la coexistence est possible, à condition qu'il y est une bonne combinaison entre le recul du signal à l’entrée de l’AP (Input Back-Off : IBO), la réduction du PAPR et la linéarisation de l’AP. Enfin, une nouvelle technique de linéarisation de l’AP a été proposée pour le système FBMC-OQAM. / This thesis is part of the European FP7 EMPHATIC project (Enhanced Multicarrier Techniques for Professional Ad-Hoc and Cell-Based Communications) including various European universities and two main industrial partners: THALES Communications Security and CASSIDIAN. The EMPHATIC objective is to develop, evaluate and demonstrate the capability of enhanced multi-carrier techniques to make better use of the existing radio frequency bands in providing broadband data services in coexistence with narrowband legacy services. The project addresses the Professional Mobile Radio (PMR) application. The main idea is to analyze the viability of broadband systems based on filter-bank multi-carrier (FBMC) clubbed with o ffset quadrature amplitude modulation (OQAM) in the context of the future 5th Generation (5G) radio access technology (RAT). Increasingly, the FBMC-OQAM systems are gaining appeal in the probe for advanced multi-carrier modulation (MCM) waveforms for future communication systems. This advanced modulation scheme o ers numerous advantages such as excellent frequency localization in its power spectral density (PSD), a robustness to phase noise, frequency off sets and also to the multi-user asynchronism; making it more appealing than OFDM for PMR, cognitive radio (CR) and 5G RAT. However, like any other MCM technique, FBMC-OQAM suff ers from high PAPR. When the power amplifi er (PA) non-linearity, which is realistic radio-frequency impairment, is taken into account; the good frequency localization property is severely compromised, due to the spectral regrowth. The first objective of this PhD thesis is, to predict the extent of the spectral regrowth in FBMC-OQAM systems, due to the PA non-linearity. The second objective is to probe techniques for FBMC-OQAM systems, such as PAPR reduction and PA linearization, in order to mitigate the NL eff ects of PA. By cumulant analysis, spectral regrowth prediction has been done for FBMC-OQAM systems. Also, some algorithms for PAPR reduction, which are based on probabilistic approach and adding signal methods, have been proposed. The coexistence capability of the FBMC-OQAM based broadband system with the narrowband PMR systems in the presence of PA has been analyzed and it has been found that coexistence is possible, provided there is a symbiotic combination of PA Input Back-off (IBO), PAPR reduction and PA linearization. Finally, a novel PA linearization technique has been proposed for FBMC-OQAM.