Les réglementations et normes radioélectriques précisent différentes valeurs limites d'exposition radioélectrique à ne pas dépasser. Les niveaux d'expositions constatés autour des antennes de radio et de télécommunications sont très en dessous des limites d'exposition recommandées par la commission de protection contre les rayonnements non-ionisants. Aujourd'hui, les personnes se trouvant à proximité des émetteurs radio ne cherchent plus simplement à vérifier la conformité aux normes. La demande porte sur l'évaluation du niveau d'exposition auquel ils sont soumis et la probabilité de dépassement d'un seuil donné. Le cadre probabiliste sur lequel sont fondées les méthodes géostatistiques offre la possibilité de répondre à cette question. Dans cette thèse nous présentons une application des méthodes géostatistiques linéaires ; en particulier le krigeage, pour l'estimation des niveaux d'exposition radioélectriques à partir d'un jeu de données simulées. Une application du krigeage avec dérive externe sur des mesures réelles est ensuite présentée. Dans ces applications, le modèle de variogramme de Cauchy montre une bonne adéquation avec la variabilité de la densité de la puissance. Un troisième exemple d'application a pour objectif d'évaluer la probabilité avec laquelle les niveaux d'exposition peuvent dépasser un seuil déterminé. Nous utilisons deux méthodes de la géostatistique non-linéaire basées sur un modèle "multigaussien" et comparons les résultats des calculs de probabilité de dépassement de seuil par ces deux méthodes sur un ensemble de mesures d'exposition prises dans le centre de la ville de Paris.

Le contexte d'intensification du déploiement de tout type de réseau de communication sans fil motive la mise au point d'outils de prédiction électromagnétique de plus en plus précis.<br /><br />Par ailleurs, la complexité environnementale grandissante des antennes nous amène à dissocier les zones de champ proche et lointain.<br /><br />D'un côté, dans la zone de champ lointain, les méthodes asymptotiques hautes fréquences basées sur le concept de rayon sont privilégiées. Nous avons utilisé la théorie uniforme de la diffraction (TUD) pour mettre au point ICARE-EM, version électomagnétique d'un logiciel préalablement développé pour l'acoustique au CSTB.<br /><br />De l'autre côté, dans la zone de champ proche, ce sont les méthodes rigoureuses ou expérimentales qui sont les plus pertinentes. Nous avons appliqué la méthode des moments (MoM) au problème de la<br />propagation électromagnétique. Mais nous avons également utilisé les techniques de champ proche développées à Supélec. Nous avons appliqué ces<br />méthodes au système de coordonnées cylindriques.<br /><br />Puis, afin de disposer d'un outil global de prédiction, nous proposons une formulation intégrale du champ électromagnétique.<br />Cette formulation permet de faire le lien sur une surface de couplage entre les méthodes asymptotiques utilisées dans la zone de champ lointain et les méthodes rigoureuses ou expérimentales adaptées à la zone de champ proche. Une condition aux limites spécifique permet d'obtenir une forme compacte de cette représentation intégrale. La fonction de Green dyadique associée à<br />l'extérieur de la surface de couplage est estimée par ICARE-EM. La source et son environnement proche sont quand à eux caractérisés par une mesure en champ proche ou un calcul numérique exact par la MoM.<br /><br />La validité de cette méthode de couplage a été montrée dans le cas canonique de la diffraction par une sphère métallique et dans le cas plus général de deux plaques métalliques éclairées par un dipôle<br />électrique ou par une antenne de station de base. Des mesures dans la chambre anéchoïque de Supélec ont permis de caractériser expérimentalement les différentes configurations.

L'augmentation massive du trafic cellulaire pose de sérieux défis à tous les acteurs concernés par la diffusion de contenu sans fil. Alors que la densification du réseau permet d’accéder à des utilisateurs supplémentaires, les liaisons de transport à grande vitesse et à grande capacité sont coûteuses. La mise en cache du contenu populaire en bordure du réseau permettra de décharger le trafic utilisateur de ces connexions, susceptibles d'être encombrées, ainsi que des centres de données du réseau fédérateur. Cette thèse propose un modèle économique dans lequel un opérateur de réseau mobile (Mobile Network Operator, MNO) pré-installe et entretient des caches sur son équipement sans fil (stations de base avec cache, CBS). L’espace mémoire ainsi que les capacités de calcul sont ensuite loués aux fournisseurs de contenu (CP) qui souhaitent rapprocher leur contenu de l'utilisateur. Pour une compensation financière, un CP peut alors décharger le trafic de son centre de données et améliorer la qualité de service des utilisateurs. Le CP prend des décisions de placement de contenu en fonction des données prédictives sur le trafic des utilisateurs et la popularité du contenu. Dans la phase de livraison, un utilisateur peut être desservi à partir des caches pour le cas où il serait associé à une station sur laquelle le contenu demandé est mis en cache. Ce travail examine trois aspects du modèle économique proposé : La première question de recherche porte sur l'association des utilisateurs en tant qu'élément central du schéma de mise en cache à la bordure du réseau. Les stratégies d'association des utilisateurs prenant en compte le cache peuvent permettre aux utilisateurs dans des zones de chevauchement de couverture d'être associés à une CBS contenant le contenu demandé plutôt que conventionnellement à celui qui fournit le signal le plus puissant. La thèse propose un algorithme décentralisé original pour une association d'utilisateurs appelée Generalized Bucket-filling qui permet des gains au-delà de la maximisation du taux de réussite. Les mesures de performance telles que le débit du réseau et l'équilibrage de la charge des utilisateurs parmi les CBS sont prises en compte. Les expériences montrent que l'association des utilisateurs au cache augmente le taux de réussite sans surcharger les CBS uniques tout en fournissant un débit élevé du système. Le deuxième problème traité concerne un seul CP qui doit décider de l'espace de cache à louer à chaque CBS pour un prix fixe et du contenu à placer. Ses choix doivent être basés sur des estimations de la popularité des fichiers ainsi que sur la politique d'association des utilisateurs du MNO. Le problème de leasing et de placement du contenu du cache est formulé sous la forme d'un problème non linéaire mixte en nombres entiers (NLMIP). Dans sa solution, le problème est séparé en un sous-problème linéaire discret et un sous-problème continu non linéaire utilisant la décomposition de Benders. Le CP et le MNO coopèrent, aidant le CP à prendre des décisions optimales qui profitent aux deux parties : Le CP maximise ses économies grâce à la mise en cache tandis que le MNO peut trouver le prix de cache optimal et recevoir la compensation financière maximale. Une troisième question de recherche élargit la portée de l'interaction entre plusieurs CPs et un opérateur de réseau mobile. Désormais, le MNO ne fixe pas de prix fixe par unité de mémoire, mais réagit aux demandes des CPs en matière d'espace mémoire en fonction des économies réalisées grâce à la mise en cache. / The massive increase in cellular traffic poses serious challenges to all actors concerned with wireless content delivery. While network densification provides access to additional users, high-speed and high-capacity backhaul connections are expensive. Caching popular content at the network edge promises to offload user traffic from these congestion prone connections as well as from the data centers in the backbone network. This thesis proposes a business model in which a mobile network operator (MNO) pre-installs and maintains caches at its wireless equipment (Cache-equipped Base Stations, CBSs). Memory space together with computational capabilities is then leased to content providers (CPs) that want to bring their content closer to the user. For a financial compensation, a CP can then offload traffic from its data center and improve user Quality of Service. The CP makes content placement decisions based on predictive user traffic and content popularity data. In the delivery phase, users can be served from the caches in case they are associated to stations that have the requested content cached. This work investigates three aspects of the proposed business model: The first research question focuses on user association as a central element to the edge caching scheme. Cache-aware user association policies can allow for users in coverage overlap areas to be associated to a CBS that holds the requested content rather than conventionally to the one that provides the strongest signal. The thesis proposes an original decentralized algorithm for user association called Generalized Bucket-filling that allows gains beyond maximizing the hit ratio. Performance metrics such as network throughput and load balancing of users among CBSs are taken into account. Experiments show that cache-aware user association a) increases the hit ratio b) without overloading single CBSs while c) providing high system throughput. The second problem treated considers a single CP that needs to decide how much cache space to lease at each CBS for a fixed price, and what content to place. Its choices should be based on estimates of file popularity as well as MNO user association policy. The cache leasing and content placement problem is formulated as a non-linear mixed-integer problem (NLMIP). In its solution, the problem is separated into a linear discrete CP subproblem and a nonlinear continuous subproblem using Benders decomposition. The CP and the MNO cooperate, helping the CP to make optimal decisions that benefit both parties: The CP maximizes its savings from caching while the MNO can find the optimal cache price and receive the maximum financial compensation. A third research question widens the focus to the interaction between several CPs and one MNO. Now, the MNO does not set a fixed price per memory unit but instead reacts to CP demands for memory space that depend on the savings they can achieve from caching.

L'évolution des télécommunications a fait des produits d'intermodulation passive (PIM) un critère de qualité et de performance du réseau mais également un problème de premier ordre pour les fournisseurs de services comme par exemple les opérateurs de téléphonie mobile. Les travaux présentés dans ce manuscrit constituent une contribution à la résolution d'une partie des problèmes de PIM dans les antennes de station de base et s'articulent autour de trois axes principaux : - la caractérisation des sources d'intermodulation passive au sein des antennes de station de base. De nombreuses études expérimentales ont été réalisées avec l'objectif de déterminer l'influence de différents paramètres sur la PIM générée par les contacts métal-métal (rugosité des surfaces, utilisation de traitement de surface, géométrie et nature des métaux) ou par les circuits imprimés de type micro-ruban (adaptation, largeur de ligne et épaisseur du substrat diélectrique). Les résultats de ces études ont permis d'améliorer les connaissances théoriques et de définir des règles permettant de réduire les niveaux de PIM induits ; - la localisation des sources d'intermodulation passive au sein de systèmes radiofréquences complexes. Pour cela, un banc de mesure PIM spécifique a été conçu. Celui-ci permet de localiser des sources de PIM, de niveau proche de la spécification 3GPP, avec une précision inférieure à 2cm. De plus, pour faciliter la détection des défauts PIM dans une antenne de station de base, différentes méthodes complémentaires ont été développées et associées à ce banc de mesure ; - la modélisation, à partir des résultats des études expérimentales réalisées, de composants non-linéaires intégrables à un simulateur de type circuit. L'utilisation de ces derniers permet aux ingénieurs d'estimer, dès la phase de conception, le comportement PIM des contacts métal-métal et des circuits imprimés de type micro-ruban et tri-plaque suspendue. / The evolution of telecommunications has made passive intermodulation products (PIM) not only a criterion of quality and network performance but also a major problem for service providers such as mobile operators. The work presented in this manuscript is a contribution to the resolution of some of PIM problems in base station antennas and is organized around three main axes : - the characterization of passive intermodulation root causes within base station antennas. Numerous experimental studies have been carried out with the aim of determining the influence of different parameters on the PIM generated by metal-to-metal contacts (roughness of surfaces, use of surface treatment, geometry and nature of metals) or by printed circuits as microstrip type (matching, line width and thickness of dielectric substrate). The results of these studies contributed to improve theoretical knowledge and to define rules to reduce induced PIM levels ; - the localization of passive intermodulation root causes within complex radio frequency systems. For this, a specific PIM measurements bench has been designed. It allows locating PIM root causes, with a level close to the current 3GPP specification, with an accuracy less than 2cm. In addition, to ease the PIM defects detection in a base station antenna, various complementary methods have been developed and associated with the measurements bench ; - the electromagnetic modeling issued from the experimental studies, carried out of non-linear components usable into a circuit-type simulator. The use of these allows designers to estimate, early during the design stage, the PIM behavior of metal-to-metal contacts, microstrip and suspended stripline printed circuits.

Le standard 3GPP LTE (Long Term Evolution) est un nouveau standard de télécommunication terrestre dont la couche physique des stations de base, appelées eNodeB, est particulièrement coûteuse. Les processeurs de traitement du signal (DSP) sont largement employés dans les stations de base pour calculer les algorithmes de la couche physique. Les DSPs de dernière génération sont des systèmes complexes et hétérogènes. Il n'existe pas actuellement de solution idéale pour distribuer les parties d'une application comme le LTE sur les différents cœurs contenus dans un eNodeB. Dans cette thèse, nous présentons une méthode de travail pour le prototypage rapide et la génération de code automatique. Certains algorithmes de la couche physique du LTE étant trop variables pour une distribution hors-ligne, nous présentons un distributeur adaptatif capable de faire des choix en temps réel sur la base de temps d'exécution prédits.