Ce mémoire de thèse est consacré à l’étude d’une liaison tout-optique longue de 10 km dédiée à l’extension d’un observatoire câblé de fond de mer existant afin d’atteindre de nouvelles zones d’exploration. Les travaux de recherche qui y sont rapportés démontrent la faisabilité de cette liaison tout-optique entre un instrument déporté et une station terrestre avec une seule fibre optique longue de 10 km, qui transmet simultanément la puissance, nécessaire à l’alimentation de l’instrument (quelques centaines de milliwatts), et des données bidirectionnelles en temps réel.Le contexte de cette thèse est présenté au travers d’un état de l’art sur les observatoires câblés et sur la puissance sur fibre. Le choix de la fibre unique et la présence de fortes puissances optiques complexifient la mise en oeuvre de cette extension tout-optique, et sont à l’origine de l’apparition d'interactions entre l’énergie optique dédiée à l'alimentation (@1480 nm) et les données échangées (@1550 nm). Tout au long de ce document, les choix technologiques retenus sont argumentés et les effets optiques non linéaires tels que les diffusions Raman, Brillouin, Rayleigh, l’Émission Spontanée Amplifiée (ASE) sont décrits, modélisés et analysés expérimentalement. L’extension tout-optique proposée a été caractérisée à la fois en régimes statique et dynamique par des mesures du bilan de liaison, du rapport signal à bruit (SNR) et du taux d’erreur binaire (BER). Les résultats obtenus montrent la possibilité de fournir 160 mW électrique à l’instrument déporté en utilisant une source optique continue de 33 dBm sans dégrader excessivement les données bidirectionnelles transmises simultanément (BER<10-7). / This thesis is devoted to the study of a 10 km long all-optical network dedicated to extend a current cabled seafloor observatory, in order to reach new exploration areas. The research work described in this thesis demonstrates the feasibility of this all-optical link between a remote instrument and a shore station with a single 10 km long optical fiber, which simultaneously transmits the energy required to supply the instrument (several hundred milliwatts) and bidirectional data in real time.The thesis context is presented trough an analysis of the cabled seafloor observatories and of the power-over-fiber. The choice of a single optical fiber and the presence of high optical power complicate the implementation of this all-optical extension, and they cause the appearance of interactions between the optical energy dedicated to the power supply (@1480 nm) and the exchanged data (@1550 nm). Throughout this document, the technological choices are explained and the optical nonlinear effects are described, simulated and analyzed experimentally, such as Raman, Brillouin, and Rayleigh scattering and Amplified Spontaneous Emission (ASE). The proposed all-optical extension has been characterized in static and dynamic regimes with measures of the optical link budget, the Signal-to-Noise Ratio (SNR), and the Bit Error Ratio (BER). The results show the possibility to power the remote instrument with 160 mW, when using a continuous high optical laser source of 33 dBm without huge degradation of the bidirectional data transmitted simultaneously (BER<10-7).

Ce mémoire de thèse est consacré à l'étude d'une liaison tout-optique longue de 10 km dédiée à l'extension d'un observatoire câblé de fond de mer existant afin d'atteindre de nouvelles zones d'exploration. Les travaux de recherche qui y sont rapportés démontrent la faisabilité de cette liaison tout-optique entre un instrument déporté et une station terrestre avec une seule fibre optique longue de 10 km, qui transmet simultanément la puissance, nécessaire à l'alimentation de l'instrument (quelques centaines de milliwatts), et des données bidirectionnelles en temps réel.Le contexte de cette thèse est présenté au travers d'un état de l'art sur les observatoires câblés et sur la puissance sur fibre. Le choix de la fibre unique et la présence de fortes puissances optiques complexifient la mise en oeuvre de cette extension tout-optique, et sont à l'origine de l'apparition d'interactions entre l'énergie optique dédiée à l'alimentation (@1480 nm) et les données échangées (@1550 nm). Tout au long de ce document, les choix technologiques retenus sont argumentés et les effets optiques non linéaires tels que les diffusions Raman, Brillouin, Rayleigh, l'Émission Spontanée Amplifiée (ASE) sont décrits, modélisés et analysés expérimentalement. L'extension tout-optique proposée a été caractérisée à la fois en régimes statique et dynamique par des mesures du bilan de liaison, du rapport signal à bruit (SNR) et du taux d'erreur binaire (BER). Les résultats obtenus montrent la possibilité de fournir 160 mW électrique à l'instrument déporté en utilisant une source optique continue de 33 dBm sans dégrader excessivement les données bidirectionnelles transmises simultanément (BER<10-7).

Cette thèse s'intéresse aux problèmes d'allocations des ressources et de puissance dans les réseaux cellulaires de quatrième génération (4G). Pour faire face à la demande continuellement croissante en débit des utilisateurs mobiles, les opérateurs n'ont d'autre choix que de densifier leurs infrastructures d'accès au réseau radio (RAN), afin de maximiser l'utilisation de la bande passante disponible dans l'espace. Un des défis de cette nouvelle architecture est la coexistence de nombreuses cellules voisines et la gestion des interférences co-canal qu'elles génèrent entre elles. De telles contraintes ont amené la communauté scientifique à s'intéresser aux réseaux auto-organisés et auto-optimisés (SON), qui permettent aux réseaux de s'optimiser localement via des décisions décentralisées (sans planification statique). L'intérêt principal de tels réseaux est le passage à l'échelle des algorithmes distribués et la possibilité de s'adapter dynamiquement à de nouveaux environnements. Dans cette optique, nous proposons l'étude de deux problèmes d'allocation de ressources. La première partie de cette thèse se concentre sur l'optimisation de l'usage des ressources, dans un contexte de transmission coordonnée par plusieurs stations de base (CoMP). Les performances de la coordination de stations de base sont évaluées, selon le critère de capacité uniforme, ainsi que le compromis entre l'efficacité spectrale et l'équité entre les utilisateurs. Nous proposons également une méthode généralisée et distribuée de sélection de l'ensemble de stations en coopération, afin d'optimiser le compromis efficacité-équité. Dans une seconde partie, nous nous intéressons à l'optimisation de l'allocation des ressources et de puissance, dans le but de minimiser la consommation électrique du réseau. Nous présentons deux algorithmes dont les décisions sont décentralisées. Le premier est basé sur une optimisation stochastique (via l'échantillonneur de Gibbs) et permet une optimisation globale du système. Le second quant à lui est basé sur l'adaptation de la théorie du contrôle et utilise des modèles prédictifs et la poursuite de cibles pour allouer les ressources et les puissances dans un contexte de canaux et d'interférences dynamiques. Dans de nombreux cas, plusieurs objectifs concurrents sont à considérer pour évaluer les performances d'un réseau (capacité totale, équité, consommation électrique, etc.). Dans le cadre de cette thèse, nous nous efforçons à présenter les résultats sous la forme de compromis multi-objectifs.

Cette thèse s'intéresse aux problèmes d'allocations des ressources et de puissance dans les réseaux cellulaires de quatrième génération (4G). Pour faire face à la demande continuellement croissante en débit des utilisateurs mobiles, les opérateurs n'ont d'autre choix que de densifier leurs infrastructures d'accès au réseau radio (RAN), afin de maximiser l'utilisation de la bande passante disponible dans l'espace. Un des défis de cette nouvelle architecture est la coexistence de nombreuses cellules voisines et la gestion des interférences co-canal qu'elles génèrent entre elles. De telles contraintes ont amené la communauté scientifique à s'intéresser aux réseaux auto-organisés et auto-optimisés (SON), qui permettent aux réseaux de s'optimiser localement via des décisions décentralisées (sans planification statique). L'intérêt principal de tels réseaux est le passage à l'échelle des algorithmes distribués et la possibilité de s'adapter dynamiquement à de nouveaux environnements. Dans cette optique, nous proposons l'étude de deux problèmes d'allocation de ressources. La première partie de cette thèse se concentre sur l'optimisation de l'usage des ressources, dans un contexte de transmission coordonnée par plusieurs stations de base (CoMP). Les performances de la coordination de stations de base sont évaluées, selon le critère de capacité uniforme, ainsi que le compromis entre l'efficacité spectrale et l'équité entre les utilisateurs. Nous proposons également une méthode généralisée et distribuée de sélection de l'ensemble de stations en coopération, afin d'optimiser le compromis efficacité-équité. Dans une seconde partie, nous nous intéressons à l'optimisation de l'allocation des ressources et de puissance, dans le but de minimiser la consommation électrique du réseau. Nous présentons deux algorithmes dont les décisions sont décentralisées. Le premier est basé sur une optimisation stochastique (via l'échantillonneur de Gibbs) et permet une optimisation globale du système. Le second quant à lui est basé sur l'adaptation de la théorie du contrôle et utilise des modèles prédictifs et la poursuite de cibles pour allouer les ressources et les puissances dans un contexte de canaux et d'interférences dynamiques. Dans de nombreux cas, plusieurs objectifs concurrents sont à considérer pour évaluer les performances d'un réseau (capacité totale, équité, consommation électrique, etc.). Dans le cadre de cette thèse, nous nous efforçons à présenter les résultats sous la forme de compromis multi-objectifs. / This thesis focuses on resources and power allocation problem in the fourth generation (4G) of cellular networks. To face the continuous growth of mobile users capacity requirements, operators need to densify their radio access network (RAN) infrastructure, to maximize the use of the available bandwidth in space. One of the major issues of this new architecture is the proximity of many base stations (BS) and the management of the interference they generate on each other's cell. Such constraints makes scientific community focus on Self-Optimized, Self-Organized Networks (SON) that allow network elements to optimize them-selves through decentralized decisions (no static network planning is required). A major interest of SON is their capability to scale to large and non-organized networks, as well as being able to adapt them-selves dynamically, by using distributed algorithms. In this context, this thesis proposes the study of two resource allocation problems. The first part of this thesis focuses on the optimisation of resource sharing, in the context of coordinated multi-points transmissions (CoMP). Performances of BS coordination are evaluated, using the uniform capacity criterion, as well as the trade-off between total capacity and fairness among users. We also propose a generalized and distributed method to select the set of coordination of BS, to optimize the capacity-fairness trade-off. In the second part of this thesis, we focus on optimizing the transmit power and resource allocation, in order to reduce electric consumption. We present two distributed algorithms: the first one is based on a stochastic optimisation (using Gibbs sampling), and tries to reach the global optimum state through decentralized decision. The second one is based on control theory, and uses target tracking as well as model predictive control to allocate resources and power in a dynamic channel scenario. In many cases, trade-offs are to be maid between opposite objectives when evaluating network performances (total throughput, fairness, energy consumption, etc.). In this thesis, we present most of the network performances using multi-objectives evaluations.