L’intégration récente des systèmes de communication numériques embarqués à bord des trains pour la gestion du trafic introduit de nouveaux problèmes de compatibilité électromagnétique dans le milieu ferroviaire, notamment, pour le système GSM-R « Global System for Mobile Communications - Railway» sur lequel se focalisent les travaux de la thèse. Ce système est un système numérique élaboré employant des protocoles de communication qui lui permettent de résister à certaines perturbations électromagnétiques. Ainsi, son immunité électromagnétique ne peut pas être étudiée selon les méthodes traditionnelles standardisées, puisqu’elles sont adaptées principalement à des systèmes analogiques. La thèse consiste à caractériser l’environnement EM ferroviaire d’une manière adaptée au contexte du système GSM-R. En effet, il faut préalablement connaitre les perturbations EM qu’il peut rencontrer à bord d’un train. Ainsi, nous avons exploité les méthodes fréquentielle et temporelle pour caractériser les perturbations EM que peut subir son signal utile sous des conditions normales d’opération. Les résultats obtenus ont montré que les perturbations EM transitoires qui apparaissent lors d’un mauvais contact entre la caténaire et le pantographe sont la source principale de perturbations EM pour le système GSM-R. Ainsi, nous avons étudié minutieusement leurs caractéristiques temporelles et d’amplitude à travers une étude statistique de chaque paramètre. Suite aux résultats obtenus, nous avons pu générer des signaux de test représentatifs de ce que peut voir le système GSM-R à bord d’un train avant d’exploiter ces signaux pour l’étude de l’immunité EM de ce système en laboratoire. / The management of the European railway traffic will be ensured by the use of train’s embedded communication systems, particularly the GSM-R (Global System for Mobile communications – Railways). This system is exposed to the EM interferences observed on board trains and its EM immunity has to be guaranteed. However, the immunity the GSM-R cannot be studied according to the current standardized methods mainly developed for the test of analog systems. The GSM-R is a digital communication system having the ability to stand to some EM interferences, and its immunity has to be performed according to new methodologies considering these particular characteristics.The aim of this work is to develop new methodologies to characterize the railway EM environment adapted to the context of the GSM-R communication system. Firstly, the frequency and temporal measurement methods have been used in order to characterize the EM interferences observed on the GSM-R antennas in railway environment. The obtained results have shown that the transient EM events taking place between the catenary and the pantograph are the main source of disturbances for the GSM-R system. In order to study the immunity of this system against transient EM disturbances, in the second part, we have characterized these transients in terms of time and amplitude parameters. In the following, a statistical study of each parameter has been performed, and we have developed signals for immunity tests statistically similar to the observed railway environment’s interferences. At the end, the test signals have been used in order to study the immunity of the GSM-R system in a laboratory context.

Les communications numériques à haut débit exigent toujours plus de fiabilité et de performance et ce dans un environnement souvent hostile. Le développement de technologies toujours de plus en plus performantes pour les communications sans fil est donc de mise et nos intérêts sont particulièrement orientés vers la transmission par voie hertzienne de l'information à haut débit. Il existe plusieurs solutions qui peuvent être envisagées pour parer aux multiples problèmes rencontrés au niveau du lien radio, particulièrement la propagation par trajets multiples, l'interférence entre usagers et autres. L'antenne intelligente ou adaptative s'avère d'une utilité évidente lorsque vient le temps de faire une discrimination spatiale des signaux reçus. L'antenne intelligente est essentiellement une antenne réseau qui, par le biais d'une boucle de rétroaction, asservit son diagramme de rayonnement en temps réel et ce en optimisant un ou des critères tels que le rapport signal à bruit, le rapport signal à interférence, etc. Plusieurs facteurs affectent la performance de cette antenne adaptative et plus particulièrement l'espacement des antennes formant le réseau, la technique de traitement de signal utilisée, la corrélation des données ainsi que les interférences toujours présentes dans un environnement à large bande. La bande EHF (Extremely High Frequency) est particulièrement convoitée pour ce type d'application et réfère dans ce cas-ci aux fréquences au-dessus de 30 GHz. Pour cette partie du spectre électromagnétique où les caractéristiques de propagation sont particulièrement difficiles, des largeurs de bande considérables sont toutefois disponibles. Les travaux dont il est question ici font partie intégrante d'un projet qui consiste en la conception et la réalisation d'une antenne intelligente à bande de fréquences étendue fonctionnant en ondes millimétriques. Celle-ci sera très certainement un élément fondamental d'un système de communications robuste aux perturbations, interférences et autres. Ainsi, le système dans son ensemble pourra assurer un service de qualité à de multiples usagers tout en maintenant un rapport coût vs rendement optimal. L'ensemble des développements et technologies de pointe est considéré lors de la conception afin de développer un produit pouvant servir à des applications telles que les réseaux locaux sans fil, la distribution vidéo et les radars. Notre projet a consisté à concevoir et à mettre au point la partie radiofréquence de l'antenne comprenant les éléments rayonnants formant le réseau ainsi que le répartiteur de faisceaux. Une revue de la littérature scientifique nous a permis de constater que très peu de réalisations de ce genre à l'aide de lignes microruban en ondes millimétriques existent à ce jour. Une méthode de modélisation analytique de la matrice de Butler est d'abord proposée et une étude de sensibilité de cette matrice a été menée afin de mieux comprendre l'effet des imperfections des coupleurs hybrides formant le réseau sur la performance finale de l'antenne. Plusieurs composants microruban (coupleurs hybrides, coupleurs 0 dB, éléments rayonnants et autres) ont aussi été réalisés et testés individuellement pour parvenir à la réalisation du répartiteur de faisceaux ainsi que l'antenne à faisceaux multiples. Le répartiteur de faisceaux est une matrice de Butler et c'est sous ses formes 4 x 4 et 8 x 8 qu'elle a été réalisée et testée. En terminant, un survol des technologies alternatives est fait en vue d'améliorer les prototypes obtenus. / There is a growing need for broadband wireless communications and the requirements in terms of reliability as well as performance are high. These Systems have to deal with a hostile propagation environment and this context makes the development of the latest technologies of wireless communications on the highest priorities of the designers. Multipath propagation, inter-user interference, and imperfections of the communication equipment are among the most severe perturbations encountered throughout the signal path. A smart antenna is certainly a key component of such a system and its ability to adapt its spatial response is definitively a good solution, which can be used to mitigate ail these impairments. The smart antenna (also known as intelligent or adaptive array) is an antenna array which, by way of a feedback loop, adapts its radiation pattern in real time in order to optimize a criteria such as the signal to noise ratio, the signal to interference ratio or the minimum mean squared error of the received signal. The performance of this antenna is affected by the correlation between the signals at the antenna elements, the algorithm used for the adaptation, and the unavoidable interference usually present in such a broadband environment. The EHF (Extremely High Frequency) band is under the current scope of possible frequencies that may be used for the 4th generation of wireless communication Systems. The EHF band frequencies exceed 30 GHz and this means wavelengths in the order of a few millimeters. Large frequency bandwidths are available for this band at the expense of a significantly more difficult propagation. An ambitious project which consists in the design and realization of a wideband millimeter-wave smart antenna is currently underway and the work presented here is a part of it. This antenna will definitely be a fondamental element of a communication system achieving a good performance even though the wireless link is affected by ail kinds of channel induced perturbations. The achieved system will be able to provide an improved link quality to its multiple users by using the latest technological enhancements. Possible applications of this concept include wireless local area networks and video distribution. The RF section of this smart antenna comprising the antenna elements used to make the array, the array itself as well as the beamforming network has been designed and physically realized. As concluded after an intensive literature survey, realizations of this kind at millimeter waves are scarce and a lot a work has to be done to build components for this application. An analytical modeling method applicable to the Butler matrix as well as other beamforming networks has been derived and described. This tool was then used to conduct a sensitivity analysis of the Butler matrix and see how the performance of its constituting components is modifying the properties of the generated beams. Many microstrip components such as hybrid couplers, 0 dB couplers, and antennas operating at 36 GHz were designed and realized. Finally, two variations of the 4x 4 Butler matrix and one 8x 8 Butler matrix were designed and realized. An overview of possible alternatives which should be considered in order to improve the performance of the obtained networks is also made.

Le niveau croissant d’automatisation des exploitations minières souterraines vise à en accroitre l’efficacité et s’appuiera sur la venue d’une myriade de dispositifs électroniques au sein des corridors souterrains. Dans d’autre environnements confinés, par exemple les opérations militaires dans les cavernes, ces dispositifs peuvent engendrer un avantage tactique fort important aux utilisateurs. Notre travail de recherche s’inscrit dans la perspective du développement d’un système de communications à haut débit binaire pour les applications comme la surveillance et le transfert de donnée vidéo en temps réel dans la mine. Cette étude est focalisée sur la performance du système de communications sans fil à ondes millimétriques dans une mine souterraine. La première contribution de notre étude consiste à étudier tous les problèmes reliés au déploiement de ce système dans la mine. Comme il n’existe pas de travaux qui traitent ce genre de sujet, nous avons commencé notre étude par une caractérisation du canal à ondes millimétriques dans la mine CANMET à Val-d’Or située à 500 km au nord de Montréal, Canada. Nous avons mis en oeuvre un montage expérimental de mesures basé sur un robot Velmex. Les mesures ont été effectuées dans la plage fréquentielle du standard IEEE802.15.3c, soit 57.24-59.4 GHz. Nous sommes parvenus à une caractérisation du canal de propagation à ondes millimétriques dans deux galeries de la mine, au niveau 40 et au niveau 70 m et selon plusieurs combinaisons d’antenne, directive-directive, directive-omni et omnidirective et pour deux polarisations, soit verticale-verticale et horizontale-horizontale. Dans le but de comparer les résultats, le même montage est utilisé pour effectuer des mesures dans un milieu interne, soit le laboratoire CANMET. La deuxième contribution de notre étude consiste à calculer la capacité du canal selon les scénarios des mesures. La formule classique de la capacité de Shannon est obtenue pour les canaux ayant des réponses fréquentielles plates. Cette formule ne s’applique pas directement dans notre cas à cause de la sélectivité de la réponse en fréquence du canal. Nous avons divisé la bande de fréquences en un nombre très grand de petites bandes, considérées comme des sous-canaux à réponse plate dans le domaine fréquentiel. Ensuite, nous avons distribué la puissance d’une manière optimale sur les sous-canaux plats. Les résultats obtenus sont comparés aussi avec les résultats obtenus si une distribution uniforme est adoptée à l’émission. Les résultats prouvent la pertinence de la méthode optimale dans ces type des canaux ; cette méthode donne une amélioration importante de la capacité lorsque le SNR est faible. Les deux méthodes donnent les mêmes résultats lorsque le SNR est grand. La troisième contribution de notre étude vise à utiliser les paramètres obtenus de la compagne de mesures, comme la bande de cohérence et l’étalement maximal du canal pour les différents scénarios, pour calculer les paramètres du système OFDM à ondes millimétriques. Dans le but de rendre notre travail plus pertinent, nous avons calculé la limite de Shannon en posant le débit binaire du système OFDM égal à la capacité optimale ou à la capacité uniforme du canal. Plusieurs simulations ont été faites en fonction de la distance, de la longueur du préfixe cyclique et du nombre de sous-porteuses. Nous avons utilisé un code LDPC avec un taux égal à 0.75 pour améliorer le taux d’erreur binaire et aussi s’approcher de la limite de Shannon. Les résultats obtenus montre que les systèmes OFDM avec une combinaison d’antennes directive-directive et une polarisation verticale-verticale ont une meilleure performance aux niveaux 40 m et 70 m et dans le laboratoire CANMET. / The increasing level of automation in underground mining operations in order to improve their efficiency will bring a myriad of electronic devices into the mine shafts. In other confined environment situations, e.g. military operations in caverns, electronic devices can yield a significant tactical advantage. Our research is in the perspective of developing a system of high bit rate communications for applications that require high throughput such as monitoring and transfer of video data in real time in the mine. This thesis is focused on the study of the performance of a wireless communications system in the millimeter wave range in an underground mine. The contribution part of the study is to examine all issues related to the deployment of this system in the mine. As there is no work dealing with this kind of topic, we started our research by a characterization of the millimeter-wave channel in the CANMET mine in Val-d’Or, located 500 km north of Montreal, Canada. We implemented a breadboard measurement system based on a Velmex robot table. The measurements were performed in the frequency range of the standard IEEE802.15.3c or 57.24-59.4 GHz.We have obtained a characterization of the millimeter wave propagation channel in two galleries of the mine, at 40 and 70 m, according to several combinations of antennas, directive-directive, directive-omni and omni-directive and for both vertical-vertical and horizontal-horizontal polarizations. In order to compare the results, the same measuring setup was used to perform measurements in an internal environment in the CANMET laboratory. The second contribution of the thesis was to compute the channel capacity according to the measurement scenarios. The classical formula for the Shannon capacity is used for flat channels. This formula does not directly apply in this case because of the selectivity of the channel frequency response. Thus, we divided the whole frequency band into many sub-bands, in which the sub-channel can be considered frequency-flat. Then we distributed the power optimally on the flat sub-channels. The results were also compared with the results obtained if a uniform distribution was adopted. The results prove the relevance of the optimal method in these types of channels. This method gives a significant improvement of the capacity when the SNR is low. Both methods give the same results when the signal to noise ratio is high. The third contribution of this thesis focused on how to use the parameters obtained from the measurement campaign such as the coherence bandwidth and the maximum spread of the channel for the different scenarios, to calculate the parameters of the OFDM millimeter wave system. In order to make our work relevant, we calculated the Shannon limit by setting the bit rate of the OFDM system equal to the optimal capacity or to the uniform channel capacity. Many simulations were made based on the distance between the antennas, the cyclic prefix length and the number of sub-carriers. We used an LDPC code with a rate equal to 0.75 to improve the bit error rate and hence to approach the Shannon limit. The results show that the OFDM millimeter wave system with D-D combination and VV polarization has better performance at 40 m, 70 m and in the CANMET laboratory.

La communication sans fil joue un rôle de plus en plus important dans de nombreux domaines. Un grand nombre d'applications sont exploitées tels que l'e-banking, l'e-commerce, les services médicaux,….Ainsi, la qualité de service (QoS), et la confidentialité d'information sur le réseau sans fil sont primordiales dans la conception du réseau sans fil. Dans le cadre de cette thèse, nous nous concentrons sur le développement des approches d'optimisation pour résoudre certains problèmes concernant les deux sujets suivants : la qualité de service et la sécurité de la couche physique. Nos méthodes sont basées sur la programmation DC (Difference of convex functions) et DCA (DC Algorithms) qui sont reconnues comme de puissants outils d'optimisation non convexes et non différentiables. Ces outils ont connu de grands succès au cours des deux dernières décennies dans la modélisation et la résolution de nombreux problèmes d'applications dans divers domaines de sciences appliquées. Outre les chapitres d'introduction et de conclusion, le contenu principal de cette thèse est divisé en quatre chapitres: Le chapitre 2 concerne la QoS dans les réseaux sans fil tandis que les trois chapitres suivants étudient la sécurité de la couche physique. Le chapitre 2 considère un critère de QoS qui consiste à assurer un service équitable entre les utilisateurs dans un réseau sans fil. Plus précisement, on doit s'assurer qu'aucun utilisateur ne souffre d'un mauvais rapport signal sur bruit (“signal to noise ratio (SNR)" en anglais). Le problème revient à maximiser le plus petit SNR. Il s'agit donc un problème d'optimisation DC général (minimisation d'une fonction DC sur un ensemble défini par des contraintes convexes et des contraintes DC). La programmation DC et DCA ont été développés pour résoudre ce problème. Tenant compte de la structure spécifique du problème, nous avons proposé une nouvelle décomposition DC qui était plus efficace que la précédente décomposition. Une méthode de résolution basée sur la programmation DC et DCA a été développée. De plus, nous avons prouvé la convergence de notre algorithme. L'objectif commun des trois chapitres suivants (Chapitre 3, 4, 5) est de garantir la sécurité de la couche physique d'un système de communication sans fil. Nous nous concentrons sur l'approche qui consiste à maximiser le taux de secret (“secrecy rate” en anglais). Trois diverses architectures du réseau sans fil utilisant différentes techniques coopératives pour la transmission sont considérées dans ces trois chapitres. Dans le chapitre 3, nous considérons un réseau point-à-point utilisant une technique coopérative de brouillage. Le chapitre 4 étudie un réseau de relais utilisant une combinaison de technique de formation de faisceau ("beamforming technique" en anglais) et de technique de relais coopératifs. Deux protocoles de technique de relais coopératifs, Amplifier-et-Transmettre (“Amplify-and-Forward (AF)'') et Décoder-et-Transmettre (“Decode-and-Forward (DF)'' en anglais), sont considérés. Dans le chapitre 3 et le chapitre 4, nous considérons qu'il y a seulement un espion (“eavesdropper" en anglais) dans le réseau tandis que le chapitre 5 est une extension du chapitre 4 où on peut avoir plusieurs espions. Tous ces problèmes sont des problèmes d'optimisation non-convexes qui peuvent être ensuite reformulés sous forme d'une programmation DC pour lesquels nous développons les méthodes efficaces et robustes basées sur la programmation DC et DCA. Dans les chapitres 3 et 4, nous reformulons les problèmes étudiés sous forme d'un programme DC standard (minimisation d'une fonction DC avec les contraintes convexes). La structure spécifique est bien exploitée afin de concevoir des schémas DCA standard efficaces où les sous-problèmes convexes de ces schémas sont résolus soit explicitement soit de manière peu coûteuse. Les problèmes d'optimisation dans le chapitre 5 sont reformulés comme les programmes DC généraux et les schémas [...] / Wireless communication plays an increasingly important role in many aspects of life. A lot of applications of wireless communication are exploited to serve people's life such as e-banking, e-commerce and medical service. Therefore, quality of service (QoS) as well as confidentiality and privacy of information over the wireless network are of leading interests in wireless network designs. In this dissertation, we focus on developing optimization techniques to address some problems in two topics: QoS and physical layer security. Our methods are relied on DC (Difference of Convex functions) programming and DCA (DC Algorithms) which are powerful, non-differentiable, non-convex optimization tools that have enjoyed great success over the last two decades in modelling and solving many application problems in various fields of applied science. Besides the introduction and conclusion chapters, the main content of the dissertation is divided into four chapters: the chapter 2 concerns QoS in wireless networks whereas the next three chapters tackle physical layer security. The chapter 2 discusses a criterion of QoS assessed by the minimum of signal-to-noise (SNR) ratios at receivers. The objective is to maximize the minimum SNR in order to ensure the fairness among users, avoid the case in which some users have to suffer from a very low SNR. We apply DC programming and DCA to solve the derived max-min fairness optimization problem. With the awareness that the efficiency of DCA heavily depends on the corresponding DC decomposition, we recast the considered problem as a general DC program (minimization of a DC function on a set defined by some convex constraints and some DC constraints) using a DC decomposition different from the existing one and design a general DCA scheme to handle that problem. The numerical results reveal the efficiency of our proposed DCA compared with the existing DCA and the other methods. In addition, we rigorously prove the convergence of the proposed general DCA scheme. The common objective of the next three chapters (Chapter 3,4,5) is to guarantee security at the physical layer of wireless communication systems based on maximizing their secrecy rate. Three different architectures of the wireless system using various cooperative techniques are considered in these three chapters. More specifically, a point-to-point wireless system including single eavesdropper and employing cooperative jamming technique is considered in the chapter 3. Chapter 4 is about a relay wireless system including single eavesdropper and using a combination of beamforming technique and cooperative relaying technique with two relaying protocols Amplify-and-Forward (AF) and Decode-and-Forward (DF). Chapter 5 concerns a more general relay wireless system than the chapter 4, in which multiple eavesdroppers are considered instead of single eavesdropper. The difference in architecture of wireless systems as well as in the utilized cooperative techniques result in three mathematically different optimization problems. The unified approach based on DC programming and DCA is proposed to deal with these problems. The special structures of the derived optimization problems in the chapter 3 and the chapter 4 are exploited and explored to design efficient standard DCA schemes in the sense that the convex subproblems in these schemes are solved either explicitly or in an inexpensive way. The max-min forms of the optimization problems in the chapter 5 are reformulated as the general DC programs with DC constraints and the general DCA schemes are developed to address these problems. The results obtained by DCA show the efficiency of our approach in comparison with the existing methods. The convergence of the proposed general DCA schemes is thoroughly shown

Les travaux présentés dans ce mémoire s'inscrivent dans la thématique du Transport d'Energie Sans Fil (TESF). Cette étude a pour objectif l'optimisation de la partie réception du système de TESF où s'opère le redressement de l'énergie micro-onde en énergie continue. Ce processus complexe de nature non-linéaire est délicat à appréhender aussi bien en théorie qu'en pratique. Ainsi, une optimisation ne sera concevable que si l'on maîtrise d'un point de vue conceptuel, expérimental et technologique, la mise en oeuvre d'une radiopile. Ceci a motivé la démarche de mise en place d'une méthodologie de synthèse de radiopile bornée à un domaine de fonctionnement. La démarche choisie consiste, partant de données expérimentales, à établir une modélisation simple et précise des différents éléments constituant la radiopile afin d'optimiser efficacement le système complet à l'aide d'un environnement de simulation unique

La Boucle Locale Radio (BLR) ou Wireless Local Loop (WLL) est un système qui connecte les abonnés du réseau téléphonique commuté public (PSTN) grâce à une liaison radio. La BLR doit offrir les services suivants: la voix téléphonique, les données dans la bande du son et les services numériques. En France, les bandes de fréquence allouées à la BLR sont autour de 26 et 3,5 GHz. Les caractéristiques de la BLR à 26 GHz sont définies par la norme IEEE 802.16c. Dans le cadre de cette thèse, une boucle constituée de deux émetteurs/récepteurs fonctionnant dans la bande de 26 GHz a été étudiée. Le système était constitué dans un premier temps de composants disponibles commercialement. Il a été simulé avec le logiciel ADS de Agilent Technologies, et ensuite mis en œuvre au laboratoire RFM. Les récepteurs employés dans cette plate-forme étaient des récepteurs hétérodynes. Leur structure était donc complexe et la transmission altérée par les non-appariements en gain et en phase entre les voies I et Q des démodulateurs en quadrature. Afin de réduire sa complexité tout en gardant les mêmes performances du système, nous avons choisi de proposer une architecture homodyne du récepteur en introduisant le réflectomètre "cinq-port". Le réflectomètre cinq-port est un circuit passif linéaire ayant deux entrées et trois sorties. Il est constitué d'un circuit interféromètrique à cinq accès et de trois détecteurs de puissance. Un démodulateur cinq-port en technologie coaxiale a donc été introduit dans le système de transmission à 26 GHz. La démodulation étant validée avec ce circuit, un démodulateur cinq-port en technologie MHIC était réalisé. Afin de régénérer les signaux I et Q à partir des tensions de sortie du démodulateur cinq-port, un algorithme numérique particulier traite ces trois signaux. Ce traitement effectue simultanément la synchronisation trame et symbole ainsi que la synchronisation porteuse sur chaque trame de donnée transmise. Il inclut aussi une procédure adaptative d'auto-calibrage qui permet de régénérer les signaux I et Q tout en corrigeant tous les défauts de la chaîne de transmission contenant le cinq-port. Ce même traitement permet de corriger les non-appariements entre les deux voies d'un démodulateur classique en quadrature. Le système de transmission complet a été validé en réalisant la démodulation de signaux modulés en QPSK et en 16QAM avec des débits binaires atteignant 40 Mbit/s. Les diagrammes de constellation de phase obtenus étaient bien normalisés et les taux d'erreurs binaires étaient très proches que ceux définis par la norme de la BLR.

Le jour n'est peut-être pas très loin où une mine pourra compter sur un système de communication sans fil pour échanger des données, transmettre des informations ou localiser des travailleurs dans le cas d'une activité normale ou en cas d'urgence. Au point de vue de la sécurité, un système de communications sans fil aurait l'avantage de localiser en temps réel un travailleur ou un engin. Les travailleurs se déplacent sans cesse dans une mine. Avec une technologie sans fil permanente, on pourrait localiser les personnes de manière relativement précise. Même en cas d'éboulement, avec une technologie adaptée, il serait possible de savoir où se trouve la personne en détresse. Notre travail de recherche s'inscrit dans la perspective du développement d'un réseau de capteurs ultra large bande (UWB) pour deux applications : l'aide à la radiolocalisation et l'extension du réseau de capteurs sans fil dans la mine. Cette étude est focalisée sur trois aspects. La première partie de notre étude consiste à étudier tous les problèmes reliés à la radiolocalisation dans la mine. Vue l'importance de cette application, nous avons mis en oeuvre un réseau de capteurs en tenant compte d'un futur déploiement dans la mine. La technologie utilisée repose sur la technologie ultra large bande. Comme il n'existe pas de travaux qui traitent ce genre de problèmes, nous avons commencé notre étude par une caractérisation du canal UWB dans les mines souterraines. Pour atteindre ces objectifs, plusieurs campagnes de mesure sur site (mine expérimentale) ont été menées. Nous sommes parvenus à une modélisation du canal de propagation et à avancer des recommandations pour aider au dimensionnement d'un réseau de capteurs dans ce type d'environnement. Dans la première partie, le but est d'étudier le problème de radiolocalisation avec les réseaux de capteurs. Notre scénario proposé serait de placer des capteurs sur chaque agent (mineur, engin). On suppose que chaque noeud (agent) qui circule à travers un réseau d'ancre maillé (déjà déployé), va extraire des informations de distance (en utilisant le critère de temps d'arrivée), ensuite il va utiliser un algorithme de positionnement distribué afin de déterminer sa propre position. Lors de cette partie nous avons aussi étudié quelques estimateurs cohérents et non-cohérents du temps d'arrivée. La caractérisation de l'erreur de mesure utilisant le temps d'arrivée dans un environnement minier a été aussi évaluée. Enfin, dans la dernière partie, nous avons analysé par simulations un déploiement d'un réseau de capteurs UWB ad hoc dans la mine. Nous avons choisi d'adopter une approche théorique afin d'évaluer les performances de cette configuration. Une conception intercouche pour un routage optimal a été étudiée. Nous avons utilisé la couche physique/réseau afin de minimiser l'énergie consommée lors de l'acheminement du données.

Les travaux menés dans cette thèse visent à améliorer la précision du GPS en s'inspirant du mode différentiel (DGPS, Differential GPS). Mais à l'inverse de la solution RTK (RTK, Real-Time Kinematic) qui utilise une grande station de base et qui est difficile à installer et surtout très onéreuse, la solution originale proposée dans cette thèse (LCD-GPS, Low Cost Differential GPS, Local Cooperative DGPS) est basée sur l'utilisation d'un Réseau de Capteurs Sans Fil (RCSF) équipés de récepteurs standarts à faible coût. Ces travaux incluent l'utilisation d'une carte numérique (Map matching), la différence simple, la différence intelligente le filtrage la correction globale ...Afin d'évaluer cette solution, une plateforme matérielle et logiciel a été développée, elle consiste en un réseau de capteurs appelés LiveNodes (LIMOS Versatile Embedded Node). La partie logicielle est composée notamment d'un système d'exploitation embarqué appelé LIMOS (Lighweight Multi-thtreading Operating System) et d'un protocole de communication sans fil appelé CIVIC (Communication Inter Vehicule Intelligente et Coopérative) et enfin les traitements propres à la solution LCD-GPS

Nos travaux abordent le problème de l'efficacité des techniques d'implémentation hautes performances du système de communication. Car si les principes généraux sont désormais bien connus, il n'en va pas toujours de même de leur application. Des résultats obtenus sur notre plate-forme expérimentale, nous tirons des conclusions quant aux aspects machine hôte, système, et protocoles. Pour l'aspect machine hôte nous montrons que la parallélisation des piles de communication est décevante et grandement limitée par les contentions d'origine système. Nous montrons également comment la technique ILP, destinée à limiter les accès mémoire, peut être intégrée à la méthode d'accès d'une pile TCP/IP. Les bénéfices de cette technique restent largement dépendants des conditions d'utilisation, de la nature de l'application, et des manipulations de données. Du point de vue système, l'étude de deux environnements d'exécution de protocoles opposés, BSD et Streams, a permis d'identifier leurs faiblesses, et notamment pourquoi l'environnement Streams actuel n'est pas adapté aux hautes performances. Nous en déduisons un ensemble de principes qu'un environnement performant se doit de respecter. L'architecture de la pile de communication est essentielle. Nous montrons qu'une architecture démultiplexée, avec des chemins de données directs entre applications et drivers réseaux, permet un excellent support du contrôle de flux local et des mécanismes systèmes de QoS. En revanche, les implémentations de niveau utilisateur souffrent de nombreuses limitations. Elles sont cependant indispensables à certaines techniques. Du point de vue protocoles, nous montrons que la présence d'options dans les en-têtes de paquets n'est pas contraire à l'obtention de bonnes performances. A la notion trop rigide d'en-têtes de taille fixe nous substituons celle d'en-tétes de taille prédictible. Enfin, il ressort deux notions clés de ces travaux, la simplicité et la flexibilité, dont dépendent les performances et les fonctionnalités du système de communication.

Les réseaux BAN (Body Area Network) révolutionnent le concept de la surveillance et de la prise en charge à distance de la santé du patient. Le BAN fournit des informations sur l'état de santé du patient en temps réel quelque soit l'endroit où il se trouve. Dans le « télé monitoring », des capteurs de mouvement, de respiration ou du rythme cardiaque placés à l'intérieur ou sur le corps humain transmettent des données via le réseau sans fil constituant le BAN, une antenne étant associée à chaque nœud du réseau. La communication peut être in/on, on/on ou on/off selon que les antennes sont placées à l'intérieur, sur ou à l'extérieur du corps. Le développement des BAN nécessite la réalisation de modèles (ou fantômes) simulant au mieux les propriétés électromagnétiques du corps humain. Des antennes portables, miniaturisées doivent être réalisées avec des contraintes d'intégration d'une part (aux vêtements, à des objets type montre ou badge), des contraintes de résistance ou de prise en compte de l'influence du corps d'autre part. La réduction de l'impact des antennes sur les tissus en terme de SAR (Specific Absorption Rate) doit également être considérée. Dans ce travail, l'objectif est de développer des fantômes valables pour les communications dans et sur le corps. Les matériaux de base sélectionnés sont d'origine biologique (biocéramiques et biopolymères) avec des propriétés proches de celles des tissus humains. Ces fantômes étant biocompatibles, ils sont essentiellement non toxiques alors que les fantômes usuels le sont en général. D'autre part, différents types d'antennes conformables, fonctionnant dans la bande ISM 2.4 GHz ont été développées et étudiées dans la perspective du BAN. Les antennes voient leur adaptation et leur efficacité chuter au contact ou à proximité du corps, ce qui constitue un écueil majeur pour établir une bonne communication. Différentes méthodes permettant de réduire l'influence du corps (plan de masse à l'arrière, surface haute impédance, feuille de ferrite polymère) sont testés et leurs avantages et inconvénients développés. Des mesures de SAR permettent aussi de démontrer l'efficacité de ces méthodes sur la réduction de la puissance absorbée par les tissus. Au final, ce travail apporte une contribution à l'étude théorique et expérimentale de l'interaction entre corps humain et antenne dans le cadre des réseaux BAN appliqués à la télésurveillance de la santé