Les communications sans fil prolifèrent dans presque chaque aspect de la société humaine : puissants ‘smart-phones' et ‘tablets', accès haut débit sans fil, et communications ‘machine-to-machine' ont généré des volumes de trafic de données imprévisibles quelques années en arrière. Dans ce nouveau paradigme, l'industrie des télécommunications se doit de garantir à la fois la durabilité économique des communications sans fil à large bande ainsi que la qualité de son service. En outre, il y a une forte incitation sociale à réduire les émissions de C02 duent aux communications mobiles, qui a augmenté notamment dans la dernière décennie. Dans ce contexte, l'intégration des ‘femtocells' dans les réseaux cellulaires est une solution à faible coût pour offrir une qualité de service élevée et en même temps de décharger le réseau macrocellule. Cependant, le déploiement massif et chaotique des points d'accès femtocell et leurs opérations non coordonnées peuvent conduire à une augmentation de l'interférence co-canal. De plus, un nombre élevé de cellules faiblement chargées augmente la consommation énergétique du réseau. Dans cette thèse, nous avons étudié les effets du déploiement de femtocells sur l'efficacité énergétique du réseau cellulaire. Par ailleurs, nous investiguons sur les mécanismes d'adaptation pour les réseaux des femtocells comme un moyen pour améliorer l'efficacité des communications mobiles. Notre objectif est de répondre dynamiquement à la demande des ressources afin de limiter la consommation d'énergie moyenne et l'interférence co-canal, tout en garantissant la qualité de service. Nous profitons du contexte inhabituel de communication ‘femtocellulaire' pour proposer des mécanismes d'allocation des ressources et des systèmes de gestion de réseau qui coordonne l'activité des points d'accès, la consommation d'énergie et de la couverture. Les résultats des simulations montrent que nos propositions améliorent l'efficacité énergétique et les performances perçues par les utilisateurs du système dans les réseaux ‘femtocellulaires' coopératives et autonomes. / Wireless communication proliferates into nearly each aspect of the human society, driving to the exponential growth in number of permanently connected devices. Powerful smart-phones and tablets, ubiquitous wireless broadband access, and machine-to-machine communications gen- erate volumes of data traffic that were unpredictable few years back. In this novel paradigm, the telecommunication industry has to simultaneously guarantee the economical sustainability of broadband wireless communications and users' quality of experience. Additionally, there is a strong social incentive to reduce the carbon footprint due to mobile communications, which has notably increased in the last decade. In this context, the integration of femtocells in cellular networks is a low-power, low-cost solution to offer high data rates to indoor customers and simultaneously offload the macrocell network. However, the massive and unplanned deployment of femtocell access points and their uncoordinated operations may result in harmful co-channel interference. Moreover, a high number of lightly loaded cells increases the network energy consumption. In this thesis, we investigate the effects of femtocells deployment on the cellular network energy efficiency. Moreover, we look into adaptive mechanisms for femtocell networks as a means to pave the way towards agile and economically viable mobile communications. Our goal is to dynamically match resource demand and offered capacity in order to limit the average power consumption and co-channel interference while guaranteeing quality of service constraints. We take advantage of the unusual communication context of femtocells to propose resource allocation and network management schemes that coordinate the access points activity, power consumption, and coverage. Simulation results show that our proposals improve system energy efficiency and users' performance in both networked and stand-alone femtocell deployment scenarios.

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:56:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 AluisioIRF_DISSERT.pdf: 1128206 bytes, checksum: 18eb3a8fe85de21077cb33d691adb61b (MD5) Previous issue date: 2012-12-14 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior / Modern wireless systems employ adaptive techniques to provide high throughput while observing desired coverage, Quality of Service (QoS) and capacity. An alternative to further enhance data rate is to apply cognitive radio concepts, where a system is able to exploit unused spectrum on existing licensed bands by sensing the spectrum and opportunistically access unused portions. Techniques like Automatic Modulation Classification (AMC) could help or be vital for such scenarios. Usually, AMC implementations rely on some form of signal pre-processing, which may introduce a high computational cost or make assumptions about the received signal which may not hold (e.g. Gaussianity of noise). This work proposes a new method to perform AMC which uses a similarity measure from the Information Theoretic Learning (ITL) framework, known as correntropy coefficient. It is capable of extracting similarity measurements over a pair of random processes using higher order statistics, yielding in better similarity estimations than by using e.g. correlation coefficient. Experiments carried out by means of computer simulation show that the technique proposed in this paper presents a high rate success in classification of digital modulation, even in the presence of additive white gaussian noise (AWGN) / Os modernos sistemas de comunica??o sem fio empregam, frequentemente, t?cnicas adaptativas para proporcionar uma alta taxa de transmiss?o, enquanto asseguram qualidade de servi?o (QoS) e abrang?ncia de cobertura. Estudos recentes t?m mostrado que esses sistemas podem se tornar ainda mais eficientes com a incorpora??o de t?cnicas de intelig?ncia artificial e de conceitos de r?dio definido por software. Os sistemas que seguem essa linha, conhecidos como Sistemas de R?dio Cognitivo, podem idealmente explorar de forma din?mica e oportun?stica por??es do espectro de frequ?ncias n?o utilizadas, conhecidas como buracos espectrais, com o objetivo de prover altas taxas de transmiss?o de dados com elevada confiabilidade e disponibilidade de servi?o. A Classifica??o Autom?tica de Modula??o (AMC) seria uma habilidade muito ?til nesses sistemas. Normalmente, as t?cnicas de AMC utilizam alguma forma de pr?-processamento do sinal que pode introduzir um alto custo computacional ou necessitar de suposi??es fortes, e at? mesmo imprecisas, sobre o sinal recebido. Este trabalho prop?e o uso direto de uma medida de similaridade, baseada na Teoria da Informa??o, conhecida como coeficiente de correntropia, para extrair informa??es estat?sticas de ordem elevada do sinal, com o objetivo de reconhecer automaticamente o formato de modula??es digitais. Experimentos realizados por meio de simula??o computacional demonstram que a t?cnica proposta neste trabalho apresenta uma alta taxa de sucesso na classifica??o de modula??es digitais, mesmo na presen?a de ru?do aditivo gaussiano branco (AWGN)

Durant les deux dernières décennies, l'ubiquité et la prolifération des technologies sans fil ont entrainé une forte augmentation de demande de la ressource spectrale. Face à la croissance incessante du nombre d'utilisateurs désirant accéder au réseau, il existera un risque assez élevé de congestion au niveau de l'accès au spectre radio. Pour pallier à ce problème, il devient essentiel de recourir à un partage dynamique du spectre au détriment du mode de gestion statique de la bande de fréquence. L'avènement de la radio cognitive répond pertinemment aux besoins actuels car elle permet à des utilisateurs dits secondaires d'accéder à des bandes de fréquence qui restent affectées à des utilisateurs dits primaires. Les différents algorithmes proposés ont été examinés par simulation sur des scenarios qui illustrent les résultats théoriques obtenus. Les résultats de simulations démontrent que les méthodes proposées permettaient de trouver des solutions qui sont très proches de l'optimale.Au regard de certaines caractéristiques inhérentes aux modulations à porteuses multiples, celles-ci sont très appropriées à la couche physique des réseaux de radio cognitive. Cependant, le manque de coopération active entre les utilisateurs primaires et secondaires est susceptible d'entrainer une communication désynchronisée entre les système primaires et secondaires. En conséquence, une allocation judicieuse en termes de ressource radio et de contrôle de puissance devient impérative pour combattre l'effet négatif propre aux transmissions asynchrones qui devient aussi un défi de taille pour la conception et la mise en œuvre des réseaux de radio cognitive. Dans cette thèse, nous nous intéressons à l'étude de certaines problématiques d'allocation de ressources pour un réseau désynchronisé de radio cognitive qui utilise des modulations à porteuses multiples. Dans un premier temps, nous supposons que la connaissance des informations de canal est disponible à l'émission. Nous étudions des techniques permettant d'optimiser l'allocation de ressources afin de minimiser la somme des puissances émises au niveau des utilisateurs secondaires. Nous nous intéressons aussi à la conception d'algorithmes permettant d'optimiser l'efficacité énergétique des utilisateurs secondaires. La seconde partie de la thèse concerne l'optimisation de la fonction d'utilité des utilisateurs secondaires en tenant compte des contraintes de probabilité de coupure des utilisateurs primaires et secondaires. Cette probabilité de coupure découle de l'hypothèse de la connaissance de la distribution du canal au niveau des stations de base secondaires. Les différents algorithmes proposés ont été examinés par simulation afin d'illustrer les résultats théoriques obtenus. Les résultats de simulations démontrent que les méthodes proposées permettent de trouver des solutions qui sont très proches de l'optimale. / The ubiquity and proliferation of wireless technology and services considerably lead to a sharp increase in the number of individuals requiring access to wireless networks in recent decades. The growing number of mobile subscribers results into a dramatic increasing request for more radio spectrum. Consequently, underutilized yet scarce radio spectrum becomes overwhelmingly crowded. Therefore, the advent of new radio resource management paradigm capable of switching from static licensed spectrum management to dynamic spectrum access is of great importance. Cognitive radio (CR) emerged as a promising technology capable of enhancing the radio spectrum by permitting unlicensed users known as secondary users to coexist with primary users. Meanwhile, multi-carrier modulations that can efficiently overcome the detrimental effect of multipath fading in a wireless channel are very appealing for the physical layer of cognitive radio networks. However, the lack of cooperation between primary and secondary users may lead to asynchronous transmission and consequently result into inter-carrier interferences. Judicious resource allocation frameworks need to be designed in order to maintain the coexistence between primary and secondary users. Guaranteeing secondary users' quality of service (QoS), while ensuring that interferences generated to the primary users are tolerable, poses significant challenges for the design of wireless cognitive radio networks. This dissertation focuses on resource, i.e. subcarrier and power, allocation for multi-carrier-based downlink cognitive radio networks under perfect or statistical channel state information (CSI) with secondary users interact either cooperatively or competitively. Firstly, the problem of margin adaptive and energy-efficiency optimization are investigated considering perfect CSI at the secondary users' side. Secondly, assuming statistical CSI available at the secondary users, we address the problem of utility maximization under primary and secondary outage constraints. We provide some near-optimal resource allocation schemes to tackle the aforementioned problems. The findings and proposed frameworks can eventually be used for performance assessment and design of practical cognitive radio networks.

Cette thèse porte sur les aspects de conception d'un synthétiseur de fréquence pour les émetteurs-récepteurs dans les architectures multi-radios cognitives. La largeur de bande couverte par ce synthétiseur multi-radio correspond à la bande de fréquences des normes de communication sans fil les plus diffusées, fonctionnant dans la bande de fréquence de 800 MHz à 6 GHz. Du fait que l'opération multi-standard est indispensable, le synthétiseur doit répondre aux exigences les plus strictes et parfois contradictoires. Compte tenu de ces exigences, une nouvelle approche pour une synthèse de fréquence multi-mode a été conçue. Un synthétiseur de fréquence hybride, basé sur le principe de la boucle à verrouillage de phase a été proposé et un nouveau protocole de commutation a été présenté et validé sur une carte d'évaluation expérimentale. Cette approche combine les modes fractionnel et entier avec une topologie de filtre à bande commuté. Par rapport aux techniques standard, la configuration hybride permet une grande souplesse en matière de reconfiguration et d'ailleurs, elle offre une complexité des circuits relativement faible ainsi qu'une faible consommation électrique. Cette architecture assure la reconfiguration de la bande passante de la boucle ainsi que la résolution, le niveau du bruit de phase et du temps d'accrochage et, par conséquent, elle peut s'adapter à des besoins divers, imposés par les normes concernées. Des analyses correspondantes, des simulations et des mesures ont été réalisées afin de vérifier les performances et les fonctionnalités de la solution proposée. A part la conception du synthétiseur de fréquence multi-radio, une campagne de mesures régionales de l'utilisation du spectre radio a été réalisée dans le cadre de la recherche de cette thèse. Ces mesures sont fondées sur le principe de détection de l'énergie et nous démontrent le degré d'utilisation du spectre radio dans les différentes régions, notamment dans la ville de Brno en République Tchèque et dans la ville de Paris et sa banlieue en France. L'objectif de cette campagne de mesures expérimentales a été d'estimer le degré d'utilisation du spectre radio dans des environnements différents et de souligner le fait qu'une nouvelle approche pour la gestion du spectre radio est inévitable / This doctoral thesis deals with design aspects of a reconfigurable frequency synthesizer for flexible radio transceivers in future cognitive multi-radios. The frequency bandwidth to be covered by this multi-radio synthesizer corresponds to the frequency bands of the most diffused wireless communication standards in the frequency band 800 MHz to 6 GHz. Since multi-standard operation is required, the synthesizer must fulfil the most stringent and sometimes conflicting requirements. Given these requirements, a novel approach for multi-mode frequency synthesis has been conceived. A hybrid phase locked loop based frequency synthesizer has been proposed and a novel switching protocol has been presented and validated on an experimental evaluation board. This approach combines fractional-N and integer-N modes of operation with switched loop filter topology. Compared to standard PLL techniques, the hybrid configuration provides a great flexibility in terms of reconfiguration and moreover, it offers relatively low circuit complexity and low power consumption. This architecture provides reconfiguration of the loop bandwidth, frequency resolution, phase noise and settling time performance and hence, it can adapt itself to diverse requirements given by the concerned wireless communication standards. Corresponding analyses, simulations and measurements have been carried out in order to verify the performance and functionality of the proposed solution. A part from the design of the multiband frequency synthesizer, a set of regional measurements of the radio spectrum utilization has been carried out in the framework of this dissertation research. These measurements are based on the energy detection principle and provide a close look at the degree of radio spectrum utilization in different regions, namely in the city of Brno in the Czech Republic and in the city of Paris and one of its suburbs in France. The goal of the experimental measurement campaign has been to estimate the degree of radio spectrum usage in a particular environment and to point out the fact that a new approach for radio spectrum management is inevitable

Aujourd'hui, les appareils sans fil disposent généralement de plusieurs technologies d'accès radio (LTE, WiFi,WiMax, ...) pour gérer une grande variété de normes ou de technologies. Ces appareils doivent être suffisamment intelligents et autonomes pour atteindre un niveau de performance donné ou sélectionne automatiquement la meilleure technologie sans fil disponible en fonction de la disponibilité des normes. Du point de vue matériel, les périphériques System on Chip (SoC) intègrent des processeurs et des structures logiques FPGA sur la même puce avec une interconnexion rapide. Cela permet de concevoir des systèmes logiciels / matériels et de mettre en oeuvre de nouvelles techniques et méthodologies qui améliorent considérablement les performances des systèmes de communication. Dans ces dispositifs, la reconfiguration partielle dynamique (DPR) constitue une technique bien connue pour reconfigurer seulement une zone spécifique dans le FPGA tandis que d'autres parties continuent à fonctionner indépendamment. Pour évaluer quand il est avantageux d'effectuer un DPR, des techniques adaptatives ont été proposées. Ils consistent à reconfigurer automatiquement des parties du système en fonction de paramètres spécifiques. Dans cette thèse, un système de communication sans fil intelligent visant à implémenter un émetteur OFDM adaptatif et à effectuer un transfert vertical dans des réseaux hétérogènes est présenté. Une couche physique unifiée pour les réseaux WiFi-WiMax est également proposée. Un algorithme de transfert vertical intelligent (VHA) basé sur les réseaux neuronaux (NN) a été proposé pour sélectionner le meilleur standard sans fil disponible dans un réseau hétérogène. Le système a été implémenté et testé sur un ZedBoard équipé d'un Xilinx Zynq-7000-SoC. La performance du système est décrite et des résultats de simulation sont présentés afin de valider l'architecture proposée. Des mesures de puissance en temps réel ont été appliquées pour calculer l'énergie de surcharge pour l'opération de RP. De plus, des démonstrations ont été effectuées pour tester et valider le système mis en place. / Today, wireless devices generally feature multiple radio access technologies (LTE, WiFi, WiMax, ...) to handle a rich variety of standards or technologies. These devices should be intelligent and autonomous enough in order to either reach a given level of performance or automatically select the best available wireless standard. On the hardware side, System on Chip (SoC) devices integrate processors and FPGA logic fabrics on the same chip with fast inter-connection. This allows designing Software/Hardware systems. In these devices, Dynamic Partial Reconfiguration (DPR) constitutes a well-known technique for reconfiguring only a specific area within the FPGA while other parts continue to operate independently. To evaluate when it is advantageous to perform DPR, adaptive techniques have been proposed. They consist in reconfiguring parts of the system automatically according to specific parameters. In this thesis, an intelligent wireless communication system aiming at implementing an adaptive OFDM based transmitter is presented. An unified physical layer for WiFi-WiMax networks is also proposed. An intelligent Vertical Handover Algorithm (VHA) based on Neural Networks (NN) was proposed to select best available wireless standard in heterogeneous network. The system was implemented and tested on a ZedBoard which features a Xilinx Zynq-7000-SoC. The performance of the system is described and simulation results are presented in order to validate the proposed architecture. Real time power measurements have been applied to compute the overhead power for the PR operation. In addition demonstrations have been performed to test and validate the implemented system.

In this thesis the multi-polarized Cognitive Radios are studied. Cognitive Radios are proposed as an interesting way to more efficiently use the frequency resources. A Cognitive Radio secondary user finds the frequency bands which are not utilized by primary users and communicates on them without interfering with the primary users. In order to achieve this goal the secondary user must be able to detect reliably and quickly the presence of a primary user in a frequency band. In this thesis, the impact of polarization on the spectrum sensing performances of cognitive radio systems is studied.<p><p>First the depolarization occurring in the wireless channel is studied for two cognitive radio scenarios. This is done through an extensive measurement campaign in two outdoor-to-indoor and indoor-to-indoor scenarios where the parameters characterizing the radiowaves polarization are characterized at three different spatial scales: small-scale variation, large-scale variation and distance variation. <p><p>Second, a new approach is proposed in modeling of multi-polarized channels. The polarization of received fields is characterized from an electromagnetic point of view by modeling the polarization ellipse. Theoretical formulations are proposed in order to obtain the parameters characterizing the polarization ellipse based on the signals received on three cross-polarized antennas. A system-based statistical model of the time-dynamics of polarization is proposed based on an indoor-to-indoor measurement campaign. The analytical formulations needed in order to project the polarization ellipse onto a polarized multi-antenna system are given and it is shown how the model can be generated. <p><p>Third, the impact of polarization on the spectrum sensing performances of energy detection method is presented and its importance is highlighted. The performance of spectrum sensing with multi-polarized antennas is compared with unipolar single and multi-antenna systems. This analysis is based on an analytical formulation applied to the results obtained from the multi-polarized measurement campaign. The detection probability as a function of distance between the primary transmitter and the secondary terminal and the inter-antenna correlation effect on the spectrum sensing performance are studied. <p><p>An important limitation of energy detector is its dependence on the knowledge of the noise variance. An uncertainty on the estimation of the noise variance considerably affects the performance of energy detector. This limitation is resolved by proposing new multi-polarized spectrum sensing methods which do not require any knowledge neither on the primary signal nor on the noise variance. These methods, referred to as “Blind spectrum sensing methods”, are based on the use of three cross-polarized antennas at the secondary terminal. Based on an analytical formulation and the results obtained from the measurement campaign, the performances of the proposed methods are compared with each-other and with the energy detection method. The effect of antenna orientation on the spectrum sensing performance of the proposed methods and the energy detection method is studied using the proposed elliptical polarization model. <p> / Doctorat en Sciences de l'ingénieur / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Au cours de la dernière décennie, les réseaux cellulaires ont connu une augmentation exponentielle de la demande de données. En conséquence, nous constatons des chutes de capacités occasionnelles et des problèmes de couverture, aggravés par des politiques de gestion du spectre inefficaces et des structures réseaux obsolètes. Le développement de nouvelles politiques pour le management du spectre, telles que les schémas de dynamic spectrum access (DSA), permettra, avec le déploiement de réseaux multi-niveaux, de traiter les problèmes précédemment évoqués et encadrer les réseaux mobiles de prochaine génération. Un réseau ainsi conçu pourra augmenter la capacité offerte par les réseaux actuels et atteindre les niveaux de performance requis par les demandes de data des utilisateurs, via une utilisation plus efficace du spectre disponible et une meilleure réutilisation spatiale. Dans cette thèse, nous nous concentrons principalement sur le problème inhérent au fait de posséder deux niveaux de transmission au sein de notre réseau (mini et macro stations de base) qui doivent dès lors se partager une bande commune, capitaliser sur le spectre disponible et éviter les situations d’interférences où elles s’annihilent mutuellement. Dans ce cas, la question de la coexistence se pose et elle ne peut être atteinte que si des techniques de management d’interférence sont développées pour mitiger/annuler l’interférence générée par ces deux transmetteurs. Le travail se décompose en trois parties et propose une approche plutôt exhaustive pour le développement de nouvelles techniques de DSA et gestion de l'interférence, d’un niveau purement théoriques aux premières trames de preuve de concept. / In the last decade, cellular networks have been characterized by an ever-growing user data demand. This caused increasing capacity shortfall and coverage issues, aggravated by inefficient fixed spectrum management policies and obsolete network structures. From a practical point of view, novel technical and architectural solutions have been proposed to frame next generation cellular networks, capable of meeting the identified target performance to satisfy the user data demands. Specifically, new spectrum management policies based on the so-called dynamic spectrum access (DSA), together with hierarchical approaches to network planning, where a tier of macro base stations is underlaid with a tier of massively deployed low-power small base stations, are seen as promising candidates to achieve this scope. The resulting two-tiered network layout may improve the capacity of current networks in several ways, thanks to a better average link quality between the devices, a more efficient usage of spectrum resources and a potentially higher spatial reuse. In this thesis, we focus on the challenging problem arising when the two tiers share the transmit band, to capitalize on the available spectrum and avoid possible inefficiencies. In this case, the coexistence of the two tiers is not feasible, if suitable interference management techniques are not designed to mitigate/cancel the mutual interference generated by the active transmitters in the network. This thesis is divided in three main parts, and proposes a rather exhaustive approach to the development of new DSA and interference management techniques, to go from the theoretical basis up to a proof-of-concept development.

Dans un scénario avec plusieurs réseaux sans fil de différentes technologies, ce travail a comme objectif la conception d'un moteur cognitif capable de reconnaitre l'environnement radio et de sélectionner un réseau avec le but final de maximiser la "qualité d'expérience" (QoE) de l'utilisateur. Un accent particulier est mis sur la simplicité de tous les éléments impliqués, du hardware aux algorithmes, afin de garder la faisabilité pratique de ce dispositif.Deux aspects ont été étudiés. Pour la reconnaissance de l'environnement radio une identification de réseau et une classification automatique sur la base de caractéristiques de la couche MAC a été proposée et testée. En ce qui concerne la sélection du réseau, des "Key Performance Indicators" (KPIs), qui sont des paramètres de la couche application, ont étés pris en compte afin d'obtenir la QoE désirée. Un modèle général pour la sélection du réseau a été proposé et testé avec de différents types de trafic par des simulations et par la réalisation d'un démonstrateur (application pour Android). De plus, comme il y a le problème de quand mesurer pour estimer la performance d'un réseau et quand l'utiliser effectivement pour transmettre et recevoir, le problème du bandit manchot ("Multi-armed bandit", MAB) a été appliqué à ce contexte et un nouveau modèle de MAB a été proposé afin de mieux répondre aux cas réels considérés. L'impact du nouveau modèle, qui introduit la distinction de deux actions différentes, mesurer et utiliser, a été testé par des simulations en utilisant des algorithmes déjà disponibles dans la littérature et deux algorithmes conçus spécifiquement. / In a scenario where multiple wireless networks of different technologies are available, this work addresses the problem of the design of a cognitive engine, core of a cognitive radio device, able to perform the surrounding radio environment recognition and the network selection with the final goal of maximization of final user Quality of Experience (QoE). Particular focus is put on the requirement of simplicity of all the elements involved, from hardware to algorithms, in order to keep in mind the importance of its practical realizability.Two aspects were investigated. For the surrounding radio environment recognition step, a network identification and automatic classification method based on MAC layer features was proposed and tested. As regards the network selection, Key Performance Indicators (KPIs), i.e. application layer parameters, were considered in order to obtain the desired goal of QoE. A general model for network selection was proposed and tested for different traffic types, both with simulations and a practical realization of a demonstrator (implemented as an application for Android OS). Moreover, as a consequence of the originated problem of when measuring to estimate a network performance and when effectively using the network for data transmission and reception purposes, the multi-armed bandit problem (MAB) was applied to this context and a new MAB model was proposed, in order to better fit the considered real cases scenarios. The impact of the new model, that introduces the distinction of two different actions, to measure and to use, was tested through simulations using algorithms already available in literature and two specifically designed algorithms.

Cette thèse traite de la conception de récepteurs radiofréquences basés sur l'acquisition compressée pour de l'estimation paramétrique en radio cognitive.L'acquisition compressée est un changement de paradigme dans la conversion analogique-numérique qui permet de s'affranchir de la fréquence d'échantillonnage de Nyquist.Dans ces travaux, les estimations sont effectuées directement sur les échantillons compressés vu le coût prohibitif de la reconstruction du signal d'entrée.Tout d'abord, l'aspect architecture du récepteur est abordé,avec notamment le choix des codes de mélange pour le convertisseur modulé à large bande (MWC).Une analyse haut niveau des propriétés de la matrice d'acquisition, à savoir la cohérence pour réduire le nombre de mesures et l'isométrie pour la robustesse au bruit,est menée puis validée par une plateforme de simulation.Enfin l'estimation paramétrique à partir des échantillons compressés est abordée à travers la borne de Cramér-Rao sur la variance d'un estimateur non biaisé.Une forme analytique de la matrice de Fisher est établie sous certaines hypothèses et permet de dissocier les effets de la compression et de la création de diversité.L'influence du processus d'acquisition compressée, notamment le couplage entre paramètres et la fuite spectrale, est illustré par l'exemple. / This work deals with the topic of radiofrequency receivers based on Compressive Sampling for feature extraction in Cognitive Radio.Compressive Sampling is a paradigm shift in analog to digital conversion that bypasses the Nyquist sampling frequency.In this work, estimations are carried out directly on the compressed samples due to the prohibitive cost of signal reconstruction.First, the receiver architecture is considered, in particular through the choice of the mixing codes of the Modulated Wideband Converter.A high-level analysis on properties of the sensing matrix, coherence to reduce the number of measurement and isometry for noise robustness,is carried out and validated by a simulation platform.Finally, parametric estimation based on compressed samples is tackled through the prism of the Cram'{e}r-Rao lower bound on unbiased estimators.A closed form expression of the Fisher matrix is established under certain assumptions and enables to dissociate the effects of compression and diversity creation.The influence of Compressive Sampling on estimation bounds, in particular coupling between parameters and spectral leakage, is illustrated by the example.

Le vieillissement de la population sans doute catalysera l’augmentation des maladies chroniques et intensifiera le besoin de solutions d’assistance à la personne. Pendant que les chercheurs s’activent à apporter des réponses aux problèmes de santé publique qui s’accentuent, en s’appuyant sur les technologies de l’information et de la communication, le nombre des objets connectés connait une expansion fulgurante. Ainsi, le désir de révolution des technologies pour la santé, afin de faire face à la menace pathologique, coïncide avec le développement de l’Internet des objets 1. En effet, grâce aux innovations technologiques et au progrès médical, nombre de pathologies, souvent chroniques pourraient être suivies en temps réel et en tout lieu. Dans ce contexte, la gestion ou le partage des ressources de communication, la compatibilité des technologies et les performances à atteindre constituent des défis importants. Cet accroissement significatif du volume des communications, les contraintes de mobilité imposées par le contexte du suivi de patient ainsi que les besoins de qualité dans les transmissions de données médicales, révèlent une aspiration à des infrastructures de communication plus flexibles.Dans cette thèse, nous présentons une architecture de communication basée sur les réseaux Radio Cognitive pour répondre à cette exigence. Le caractère adaptable, flexible et autonome de la solution proposée permet d’aspirer à de meilleures performances. Ainsi, pour l’évaluation de son efficacité,nous avons choisi d’analyser et de tester trois critères importants pour les transmissions de données médicales urgentes.La connectivité en tout lieu : Ce premier critère est essentiel dans la mesure des performances et l’estimation de la fiabilité d’une infrastructure réseau dédiée à la santé. Plus précisément, toute solution de communication envisagée, doit être en mesure d’accompagner le patient suivi dans son environnement. En effet, la haute disponibilité des services réseaux et la qualité offerte sont déterminantes pour le suivi de patient à distance. Nous proposons dans cette première contribution, un mécanisme de prédiction spectrale capable d’examiner l’état d’occupation des bandes de fréquence. Cet algorithme associé au module de prise de décision Radio Cognitive, permet de parer aux éventuelles discontinuités de connexion réseaux.La gestion des interférences : Il s’agit du second critère qui évalue le degré de coexistence des ondes garantit par l’architecture, dans un contexte de prolifération des réseaux et des objets connectés. Le matériel communicant doit être capable de percevoir, d’analyser son environnement et d’agir en fonction des différentes contraintes. L’intérêt étant de protéger le matériel surtout médical, souvent très sensible aux bruits. Le suivi du patient devient alors possible à domicile ou à l’hôpital par exemple, avec un niveau d’interférence acceptable. Ainsi, tout en proposant un modèle de déploiement du réseau Radio Cognitive dans un centre hospitalier, nous définissons des exemples de fonctions permettant une adaptation dynamique des paramètres de communication en fonction de la sensibilité des équipements médicaux de proximité.L’efficacité dans la transmission de contenu multimédia : Ce dernier critère symbolise la capacité de l’architecture à fournir du contenu de qualité pour une assistance en temps réel. En effet, un réseau de soin à domicile ou une situation d’urgence peut nécessiter la transmission d’images ou de contenu multimédia vers les centres hospitaliers. Une solution de suivi de patient à distance doit être capable de fournir ces facilités qui imposent l’accès au haut débit. Dans une contribution répondant à cette préoccupation, nous suggérons un algorithme de réservation de ressources permettant de mieux gérer la qualité de service pour le contenu multimédia médical. / The aging of the population will probably catalyze the rise of chronic diseases and could intensify the need for personal assistance solutions. While researchers are focusing on information and communication technologies to provide responses to these public health problems, the number of connected objects is experiencing a rapid expansion. Indeed, desired revolution of technologies for health, forprevention and disease treatment coincides with the development of the Internet of Things 2. Thus, technological innovations and medical progress, for making it possible to monitor pathologies, often chronic, anywhere need appropriate equipments. Also, remote and real-time patient monitoring applications would require more network resources. In this context, communication resources management/sharing, technologies and equipments compatibilities and aplication’s desired performances become significant challenges. In this thesis, we propose an architecture based on Cognitive Radio, for meeting the medical applications constraints. We also analyze and test three important criteria for emergency transmissions, using this architecture.Connectivity : Any solution for patients monitoring must have anywhere and anytime capabilities for care continuity needs. High availability of network services and quality offered are critical for patient telemonitoring. We propose in this context, a spectral prediction mechanism able to examine the occupation conditions of the frequency bands. The algorithm we propose, associated learning and Grey Model technique in order to deal with any network connection discontinuities.Interference management : Network equipments must be able to perceive or to analyze their environment and act according to the underlying constraints. The interest is to protect in our case, medical equipment which are very sensitive to noise. Patient monitoring becomes possible at home or in the hospital, for example, with an acceptable level of interference. We propose for this criterion evaluation, a Cognitive Radio Networks deployment model in a hospital area. We define examples of functions for dynamic adaptation of the communication parameters, depending on the nearby medical devices sensitivity.Transmission efficiency under multimedia content delivery : This criterion analizes the ability of the architecture to provide desired quality in multimedia content delivery for real-time assistance or diagnosis. Patient monitoring at home or an emergency event may require the transmission of image or audio content to the hospital center. The remote monitoring solution must be able to provide these facilities which require a broadband network. We suggest an algorithm for resource reservation that performs a better management of the quality of service for medical multimedia content. We combine this algorithm with a transmission parameters control methode for maintaining the QoS at an acceptable level.