Les réseaux maillés sans fil sont une solution efficace, de plus en plus mise en œuvre en tant qu’infrastructure, pour interconnecter les stations d’accès des réseaux radio. Ces réseaux doivent absorber une croissance très forte du trafic généré par les terminaux de nouvelle génération. Cependant, l’augmentation du prix de l’énergie, ainsi que les préoccupations écologiques et sanitaires, poussent à s’intéresser à la minimisation de la consommation énergétique de ces réseaux. Ces travaux de thèse s’inscrivent dans les problématiques d’optimisation de la capacité et de la minimisation de la consommation énergétique globale des réseaux radio maillés. Nous définissons la capacité d’un réseau comme la quantité de trafic que le réseau peut supporter par unité de temps. Ces travaux s’articulent autour de quatre axes. Tout d’abord, nous abordons le problème d’amélioration de la capacité des réseaux radio maillés de type WIFI où l’accès au médium radio se base sur le protocole d’accès CSMA/CA. Nous mettons en lumière, les facteurs déterminants qui impactent la capacité du réseau, et l’existence d’un goulot d’étranglement qui limite cette capacité du réseau. Ensuite, nous proposons une architecture de communication basée sur l’utilisation conjointe de CSMA/CA et de TDMA afin de résoudre ce problème de goulot d’étranglement. Dans la deuxième partie de cette thèse, nous nous intéressons aux réseaux maillés sans fil basés sur un partage des ressources temps-fréquence. Afin de calculer des bornes théoriques sur les performances du réseau, nous développons des modèles d’optimisation basés sur la programmation linéaire et la technique de génération de colonnes. Ces modèles d’optimisation intègrent un modèle d’interférence SINR avec contrôle de puissance continue et variation de taux de transmission. Ils permettent, en particulier, de calculer une configuration optimale du réseau qui maximise la capacité ou minimise la consommation d’énergie. Ensuite, dans le troisième axe de recherche, nous étudions en détail le compromis entre la capacité du réseau et la consommation énergétique. Nous mettons en évidence plusieurs résultats d’ingénierie nécessaires pour un fonctionnement optimal d’un réseau maillé sans fil. Enfin, nous nous focalisons sur les réseaux cellulaires hétérogènes. Nous proposons des outils d’optimisation calculant une configuration optimale des stations de base qui maximise la capacité du réseau avec une consommation efficace d’énergie. Ensuite, afin d’économiser l’énergie, nous proposons une heuristique calculant un ordonnancement des stations et leur mise en mode d’endormissement partiel selon deux stratégies différentes, nommées LAFS et MAFS. / Wireless mesh networks (WMN) are a promising solution to support high data rate and increase the capacity provided to users, e.g. for meeting the requirements of mobile multimedia applications. However, the rapid growth of traffic load generated by the terminals is accompanied by an unsustainable increase of energy consumption, which becomes a hot societal and economical challenges. This thesis relates to the problem of the optimization of network capacity and energy consumption of wireless mesh networks. The network capacity is defined as the maximum achievable total traffic in the network per unit time. This thesis is divided into four main parts. First, we address the problem of improvement of the capacity of 802.11 wireless mesh networks. We highlight some insensible properties and deterministic factors of the capacity, while it is directly related to a bottleneck problem. Then, we propose a joint TDMA/CSMA scheduling strategy for solving the bottleneck issue in the network. Second, we focus on broadband wireless mesh networks based on time-frequency resource management. In order to get theoretical bounds on the network performances, we formulate optimization models based on linear programming and column generation algorithm. These models lead to compute an optimal offline configuration which maximizes the network capacity with low energy consumption. A realistic SINR model of the physical layer allows the nodes to perform continuous power control and use a discrete set of data rates. Third, we use the optimization models to provide practical engineering insights on WMN. We briefly study the tradeoff between network capacity and energy consumption using a realistic physical layer and SINR interference model. Finally, we focus on capacity and energy optimization for heterogeneous cellular networks. We develop, first, optimization tools to calculate an optimal configuration of the network that maximizes the network capacity with low energy consumption. We second propose a heuristic algorithm that calculates a scheduling and partial sleeping of base stations in two different strategies, called LAFS and MAFS.

La croissance exponentielle du nombre de dispositifs communicants et des services sans fils émergents fixe des objectifs toujours plus haut pour répondre à la demande de capacité sans cesse croissante des utilisateurs. Cela pose des défis constants pour atteindre les objectifs envisagés. La réutilisation spectrale élevée (High efficiency spectral reuse) a été adopté, cependant, elle conduit à des interférences accrues sur le réseau, ce qui dégrade les performances. L'OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) est utilisé comme solution dans les réseaux de 4 G. Grâce à son orthogonalité, l'OFDM élimine l'interférence intra-cellulaire, mais l'interférence inter-cellule reste importante. Plusieurs méthodes connues sous le nom d'Inter-Cell interférences coordination (ICIC) ont été proposées pour les diminuer. L'ICIC permet la gestion des ressources radio coordonnée entre plusieurs cellules appelées ENodeB. Ces eNodeB peuvent partager les informations nécessaires grâce à l'interface X2 qui les relient, ces informations sont transmises par des messages LTE normalisés. Lorsque les ENodeBs sélectionnent égoïstement les ressources, la théorie de jeux non-coopératifs est largement appliquée pour trouver un juste équilibre. Dans cette thèse, nous mettons l'accent sur l'ICIC pour la liaison descendante d'un système OFDMA cellulaire dans le contexte du projet SOAPS (Spectrum opportuniste accès à la Sécurité publique). Ce projet a pour but l'amélioration de la planification des ressources de fréquences pour fournir des services à large bande dans les systèmes PMR (radiocommunications mobiles privées) en utilisant les technologies LTE. Nous adressons le problème d'ICIC en proposant quatre solutions différentes sous forme d'algorithmes entièrement décentralisés, ces algorithmes se basent sur la théorie des jeux non-coopératifs avec des équilibres de Nash purs des jeux considérés / The exponential growth in the number of communications devices has set out new ambitious targets to meet the ever-increasing demand for user capacity in emerging wireless systems. However, the inherent impairments of communication channels in cellular systems pose constant challenges to meet the envisioned targets. High spectral reuse efficiency was adopted as a solution to higher data rates. Despite its benefits, high spectral reuse leads to increased interference over the network, which degrades performances of mobile users with bad channel quality. To face this added interfence, OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) is used for the new 4th generation network. Thanks to its orthogonality OFDM eliminates the intra-cellular interference, but when the same resources are used in two adjacents cells, the inter-cell interference becomes severe. To get rid of the latter, several methods for Inter-Cell Interference Coordination (ICIC) have been proposed. ICIC allows coordinated radio resources management between multiple cells. The eNodeBs can share resource usage information and interference levels over the X2 interface through LTE-normalized messages. Non-cooperative game theory was largely applied were eNodeBs selfishly selects resource blocks (RBs) in order to minimize interference. In this thesis, we stress on ICIC for the downlink of a cellular OFDMA system in the context of the SOAPS (Spectrum Opportunistic Access in Public Safety) project. This project focuses on the improvement of frequency resource scheduling for Broadband Services provision by PMR (Private Mobile Radio) systems using LTE technologies. We addressed this problem with four different solutions based on Non-cooperative game theory, three algorithms are devoted to RB selection in order to manage the interference, while the last one is a power control scheme with power economy and enhanced system performances

Dans le cadre des systèmes de communications radio mobiles de la 4ème génération, on s'est intéressé aux systèmes combinant les techniques d'étalement par les codes et de transmission à porteuses multiples.<br />La thèse consiste à étudier en premier lieu les performances des différents types de combinaisons de l'OFDM et du CDMA, appelées sous le nom générique « OFDM-CDMA », dans un environnement parfaitement synchronisé dans une liaison descendante avec les mêmes conditions de transmission : charge du système, constellation, rendement du codage.<br />Une fois la comparaison des différents systèmes établie dans un contexte parfaitement synchronisé, on traitera le problème des imperfections de transmission : erreurs des synchronisation, imperfections Radio Fréquences (RF), estimation du canal, effet Doppler.<br />Les différents types d'erreurs de synchronisation étudiés dans le manuscrit sont la synchronisation de la fenêtre temporelle, la synchronisation des fréquences porteuse, et d'échantillonnage.<br />Les imperfections RF étudiées consistent en le bruit de phase et la gigue d'horloge.<br />Les sensibilités de l'OFDM-CDMA à ces erreurs sont évaluées en fonction du Rapport Signal à Interférence plus Bruit (RSIB) en sortie du détecteur en tenant compte de l'orthogonalité entre les codes d'étalement.<br />Finalement, on s'intéresse à évaluer les performances de ces systèmes en terme du Taux d'Erreur Binaire (TEB) en sortie du décodeur et à faire le lien entre le RSIB en sortie du détecteur et le TEB en sortie du décodeur.<br />En conclusion de ce travail, on peut tirer des limites tolérées sur les imperfections de transmission de ces systèmes ainsi qu'une comparaison entre leurs performances.