Th. Doct.--Electronique--Paris 11, 1986.

Th.--Méc. des fluides--Toulouse--I.N.P., 1982. N°: 65.

Cette thèse est composée de deux axes de recherche. Le premièr, plutôt méthodologique, consiste de nos efforts pour répondre à des questions ouvertes dans la communauté de RSO polarimétrique, tandis que le second est plutôt lié à l'application spécifique - le télédétection du manteau neigeux.Suite à la modélisation statistique alternative des images RSO multivariées et haute- ment texturées, par le modèle SIRV, nous proposons d'abord une évaluation appropriée des paramètres de circularité et sphéricité, autrement à priori présumés. La dernière est accouplée avec le test de symétrie sphérique, ce qui forme une méthode pour l'évaluation de pertinence de modèle statistique SIRV dans le contexte de données RSO polarimétriques. Compte tenu du taux de réjection, cela parait justifié de mettre en question les hypothèses de circularité et sphéricité, alors que la pertinence de modèle SIRV doit être soupçonnée dans les régions caractérisées par la diffusion déterministe forte. En suite, comme le point culminant de cette thèse, nous proposons une décomposition incohérente de cible polarimétrique, basée sur l'ACI et fondée sur l'hypothèse de non-Gaussianité du clutter RSO polarimétrique. En exploitant l'information contenue dans les ordres statistiques supérieurs, cette décomposition donne à la sortie un ensemble de vecteurs de cible, qui sont mutuellement indépendants (plutôt que seule- ment décorrélés) et non-orthogonaux. Contrairement à la première composant dominante, qui parait presque identique à l'une estimée par le homologue conventionnel, la deuxième com- posante dominante diffère significativement, ce qui représente un potentiel additionnel pour l'interprétation des données RSO polarimétriques.Dans le contexte appliqué, la première contribution présentée serait une approche stochas- tique pour la cartographie du manteau neigeux au moyen de données RSO multi-temporelles. Les apports les plus notables de la méthode présentée à l'ensemble de techniques de la détec- tion de changements dans la cartographie du manteau neigeux, sont l'hypothèse modifiée du ratio de rétrodiffusion entre la neige sèche et la neige humide, aussi que la corrélation spatiale entre les régions de la neige humide, introduite en impliquant la statistique locale de speckle dans le processus de décision. Finalement, nous présentons la méthode non-autonome pour l'estimation spatiale de l'équivalent en eau de la neige (EEN), basée sur des données optiques. En utilisant avec succès des données de télédétection dans la calibration du modèle EEN externe, on essaie de démontrer l'utilité et la nécessite du télédétection dans la surveillance du manteau neigeux. / This thesis comprises two research axes. The first, being rather methodological, consists of our efforts to answer some of the open questions in the POLSAR community, while the latter is sooner related to the specific application - the remote sensing of snow.Following the alternative statistical modelling of highly textured multivariate SAR datasets by means of SIRV model, we propose the appropriate assessment of, otherwise assumed, cir- cularity and sphericity parameters. The last is coupled with the spherical symmetry test, forming a method for the evaluation of SIRV statistical model suitability in the context of POLSAR data. Given the rejection rate, challenging circularity and sphericity appears to be justified, while SIRV model pertinence must be doubted in the regions characterized by strong deterministic scattering. Further on, as the highlight of this thesis, we propose a po- larimetric incoherent target decomposition, based on ICA and founded on the hypothesis of non-Gaussianity of POLSAR clutter. By exploiting the information contained in the higher statistical orders, this decomposition provides at the output a set of mutually independent (rather than only decorrelated), non-orthogonal target vectors. Unlike the first dominant com- ponent, which is nearly identical to the one estimated by the conventional ICTD counterpart, the second dominant component differs significantly, which, as we anticipate, represents an additional potential for the POLSAR datasets interpretation.In the applied context, the first presented contribution would be a stochastic approach in snow mapping by means of multitemporal SAR datasets. The most notable supplements of the presented method to the ensemble of change detection techniques in snow mapping are the plausibly modified assumption of the wet/dry snow backscattering ratio and implicitly introduced spatial correlation between wet snow areas, achieved by directly implicating local speckle statistics in the decision process. Finally, we present the non-autonomous method for SWE spatial estimation, based on optical datasets. By successfully involving the remote sensing datasets in the calibration of the external SWE model, we seek to demonstrate the utility and the necessity of the former in the snow pack monitoring. / Ova teza podrazumijeva dva pravca istraživanja. Prvi, metodološki, predstavlja naše naporeda odgovorimo na neka od otvorenih pitanja u POLSAR zajednici, dok je drugi vezan zaspecifičnu aplikaciju - teledetekciju sniježnog pokrivača.Uzevši u obzir alternativno statističko modelovanje multivarijantnih SAR slika visoke rezolucijekoristeći SIRV model, mi predlažemo odgovarajuću estimaciju, uostalom pretpostavljenihparametara cirkularnosti i sfernosti. Integrišući posljednju u test sferne simetrije, formiranje metod za evaluaciju prikladnosti statističkog modela SIRV u kontekstu POLSAR slikavisoke rezolucije. Posmatrajući stopu odbacivanja, sumnja u opravdanost pretpostavke cirkularnostii sfernosti se čini opravdanom, dok pogodnost SIRV modela mora biti preispitana uregionima koje karakteriše jako determinističko elektromagnetno rasijanje. U nastavku, kaoprimarni doprinos ove teze, predlažemo polarimetrijsku nekoherentnu dekompoziciju mete,koja je bazirana na ICA metodu i zasnovana na hipotezi o otklonu od Gausove prirode POLSARclutter -a. Eksploatišući informaciju sadržanu u višim statističkim redovima, predloženadekompozicija daje na izlazu set međusobno nezavisnih (prije nego samo nekorelisanih), neortogonalnihvektora mete. Za razliku od prve dominante komponente, koja je skoro identičnakomponenti estimiranoj koristeći konvencionalnu ICTD metodu, druga dominanta komponentase značajno razlikuje, što predstavlja dodatan potencijal u interpretaciji POLSAR slika.Prvi prezentovani doprinos u primijenjenom kontekstu bio bi stohastički metod za mapiranjesniježnog pokrivača baziran na multitemporalnom setu SAR slika. Najznačajniji priloziprezentovane metode grupi tehnika "detekcije promjene" u mapiranju sniježnog pokrivača suopravdano promijenjena pretpostavka o količniku povratnog rasijanja djelimično otopljenog isuvog snijega, kao i implicitno uvedeno prostorna korelacija između regiona djelimično otopljenogsnijega, postignuta direktnim uvođenjem lokalne statistike speckle šuma u proces odlučivanja.Konačno, predlažemo neautonomni metod za prostornu estimaciju SWE parametra,zasnovan na optičkim slikama. Uspješno inflitrirajući teledetekciju u kalibraciju eksternogSWE modela, imamo za cilj demonstrirati njenu korisnost i neophodnost u monitoringu sniježnogpokrivača.

Cette thèse s'inscrit dans le contexte de l'analyse/transformation/synthèse des signaux audio utilisant des représentations temps-fréquence, de type transformation de Gabor. Dans ce contexte, la complexité des transformations permettant de relier des sons peut être modélisée au moyen de multiplicateurs de Gabor, opérateurs de signaux linéaires caractérisés par une fonction de transfert temps-fréquence, à valeurs complexes, que l'on appelle masque de Gabor. Les multiplicateurs de Gabor permettent deformaliser le concept de filtrage dans le plan temps-fréquence. En agissant de façon multiplicative dans le plan temps-fréquence, ils sont a priori bien adaptés pour réaliser des transformations sonores telles que des modifications de timbre des sons. Dans un premier temps, ce travail de thèses intéresse à la modélisation du problème d'estimation d'un masque de Gabor entre deux signaux donnés et la mise en place de méthodes de calculs efficaces permettant de résoudre le problème. Le multiplicateur de Gabor entre deux signaux n'est pas défini de manière unique et les techniques d'estimation proposées de construire des multiplicateurs produisant des signaux sonores de qualité satisfaisante. Dans un second temps, nous montrons que les masques de Gabor contiennent une information pertinente capable d'établir une classification des signaux,et proposons des stratégies permettant de localiser automatiquement les régions temps-fréquence impliquées dans la différentiation de deux classes de signaux. Enfin, nous montrons que les multiplicateurs de Gabor constituent tout un panel de transformations sonores entre deux sons, qui, dans certaines situations, peuvent être guidées par des descripteurs de timbre / Analysis/Transformation/Synthesis is a generalparadigm in signal processing, that aims at manipulating or generating signalsfor practical applications. This thesis deals with time-frequencyrepresentations obtained with Gabor atoms. In this context, the complexity of a soundtransformation can be modeled by a Gabor multiplier. Gabormultipliers are linear diagonal operators acting on signals, andare characterized by a time-frequency transfer function of complex values, called theGabor mask. Gabor multipliers allows to formalize the conceptof filtering in the time-frequency domain. As they act by multiplying in the time-frequencydomain, they are "a priori'' well adapted to producesound transformations like timbre transformations. In a first part, this work proposes to model theproblem of Gabor mask estimation between two given signals,and provides algorithms to solve it. The Gabor multiplier between two signals is not uniquely defined and the proposed estimationstrategies are able to generate Gabor multipliers that produce signalswith a satisfied sound quality. In a second part, we show that a Gabor maskcontain a relevant information, as it can be viewed asa time-frequency representation of the difference oftimbre between two given sounds. By averaging the energy contained in a Gabor mask, we obtain a measure of this difference that allows to discriminate different musical instrumentsounds. We also propose strategies to automaticallylocalize the time-frequency regions responsible for such a timbre dissimilarity between musicalinstrument classes. Finally, we show that the Gabor multipliers can beused to construct a lot of sounds morphing trajectories,and propose an extension

Nous proposons l’innovation «TR-NEWS retardée» comme une extension des méthodes TR-NEWS,issues de la symbiose du retournement temporel (RT) et des méthodes de spectroscopie d’ondes élastiques non linéaires (NEWS), avec pour principales applications le contrôle non destructif (CND) et l’imagerie ultrasonore médicale. Nous confirmons expérimentalement les bonnes performances des méthodes TR-NEWS pour : (i) des échantillons de composite CFRP aux propriétés dispersives ultrasonores autour de 10 MHz, favorisant ainsi la réverbérabilité de la propagation acoustique; (ii) des mesures de propriétés non classiques de la peau porcine par une instrumentation multi-échelles acousto-mécanique élaborée dans le cadre du projet PLET(Propriétés Locales Visco-Élastiques de la peau par TR-NEWS) financé par la Région Centre Val de Loire. via les simulations numériques 1D pseudo spectrales de propagations acoustiques non linéaires dans les CFRP, nous identifions et localisons les sources locales de défauts et de microendommagements. Elles valident l’identification d’un crack unique proche de la zone de focalisation. La non linéarité supposée de type contact acoustique (CAN),mesurée par «TR-NEWS retardée»et comparée aux techniques classiques d’inversion d’impulsion utilisées en imagerie médicale, permet une identification préservant la représentation temporelle de l’information. Ainsi, ce système d’instrumentation acousto-mécanique envisage la mesure de paramètres multi-échelles de non linéarité des tissus biologiques via les paramètres de Preisach-Mayergoyz (espaces PM) permettant de décrire leur vieillissement. Le chargement basse fréquence uniaxial (0.1-10Hz) synchronisé aux caractérisations ultrasonores haute fréquence (20MHz) via «TR-NEWS retardé» suggère une nouvelle classe de dispositifs dotée d’une perspective de multimodalité dédiée à l’imagerie ultrasonore non invasive des propriétés biomécaniques des organismes vivants. / In this thesis the possibility of nonlinear ultrasonic NDT is investigated for complex materials and biological tissues. The delayed TR-NEWS signal processing methodis developed, which is based on the TR-NEWS method. TR-NEWS is a method well-suited for materials with complex structure: it allows spatio-temporal focusing of a long ultrasonic chirp signal to the region near the receiving transducer, forming an impulse pulse. The received signal power and SNR are increased as a result.Delayed TR-NEWS allows the use of this focused wave pulse as a new basis for either the signal optimisation or, alternatively, for the detection of nonlinearity by the breakdown of linear superposition. This method is used in physical experiments and simulations. The physical experiments are made on an undamaged CFRP block and a porcine skin sample. The skin is tested in a synchronised acoustomechanical setup specially designed in the course of this thesis. In 1D pseudospectral simulations for CFRP, it is determined that while classical nonlinearity cannot probably be detected in ultrasonic NDT, it could be possible to detect nonclassical nonlinear effects such as those from cracks and microdamage.Physical experiments and 2D FEM simulations of linear, undamaged CFRP are compared for studying the delayed TR-NEWS method, its applicability in optimising the focused wave, and also for creating an interaction of waves at the focusing region with a linear superposition prediction. This suggests the possibility of detecting nonlinearities by comparing the actual signal from interaction to the linear prediction.Finally, more 2D simulations are conducted for CFRP with a single contact gap nonlinearity near the focusing region. The nonlinearity is measured by PI and delayed TR-NEWS. It is determined that delayed TR-NEWS is able to detect the defect at least as well as the PI method. It is ascertained that the PM hysteresis model could describe the nonclassical nonlinearity of damaged materials and biological tissues. Asynchronised acoustomechanical test setup is created to test such multiscale nonlinearity. The simultaneous mechanical load test and ultrasonic delayed TR-NEWS test can be used to measure the mechanical properties of skin

Cette thèse porte sur la géolocalisation de sources radio-électriques dans le cadre du traitement d'antenne, c'est-à-dire l'estimation de la position, dans le plan ou l'espace, de sources incidentes à divers réseaux multicapteurs (stations de base). Il s'agit de concevoir des algorithmes estimant au mieux la position d'un ensemble de sources et de caractériser les limites théoriques, en termes d'erreur quadratique moyenne, des approches envisagées pour résoudre le problème de géolocalisation. Nous nous plaçons dans un contexte passif, sans a priori sur les signaux émis. De manière classique, la position des sources est souvent estimée à l'aide de paramètres intermédiaires (angles d'arrivée, temps d'arrivée, fréquences d'arrivée ...) estimés localement sur chacune des stations de base dans un premier temps. Ces paramètres intermédiaires sont ensuite transmis à une unité centrale de traitement qui réalise l'étape de localisation dans un second temps. On parle parfois d'approche en deux étapes. Cette solution décentralisée est par nature sous-optimale. Une approche optimale du problème de localisation consiste à estimer directement la position des sources à l'aide de l'ensemble des signaux reçus par les stations et transmis directement à l'unité centrale de traitement. Il convient alors de réaliser la localisation à l'aide d'une approche centralisée ne comportant qu'une seule étape : la position des sources étant directement estimée à partir de l'ensemble des signaux disponibles à l'unité centrale de traitement. Le problème à résoudre dépend directement de la position des sources et non plus de paramètres intermédiaires. Cette approche du problème de localisation offre de nouvelles perspectives quant à la conception de nouveaux algorithmes et pose la question de son intérêt théorique en termes d'amélioration des performances de localisation. Dans cette thèse, nous examinons l'intérêt constitué par l'exploitation simultanée des signaux de toutes les stations de base afin de réaliser la localisation. Nous nous attachons dans un premier temps à caractériser en termes d'erreur quadratique moyenne et de borne de Cramer-Rao les approches centralisées et décentralisées pour la localisation dans un contexte de signaux bande étroite sur l'ensemble du réseau de stations. Ensuite, pour le cas plus général de signaux large bande sur l'ensemble du réseau de stations, nous proposons une approche basée sur un traitement spatio-temporel. Nous montrons son intérêt comparativement à l'état de l'art et aux performances optimales théoriques qui font elles-mêmes l'objet d'une partie des travaux exposés dans cette thèse. Un algorithme de géolocalisation en contexte de multitrajets est également proposé dans cette thèse. / This thesis deal with the geographical positioning of multiple radio transmitters thanks to array processing techniques. The estimation of the position is achieved thanks to multiple sensor base stations. We aim to design estimators of the sources position and to characterize the fundamental limits of localization strategies in terms of root-mean-square-error in a passive signal context (no prior information on the transmitted signals). Traditionally, the geographical positioning is achieved by means of a two steps procedure. In the first step, intermediate location parameters (angles of arrival, times of arrival ...) are locally estimated, in a decentralized processing on each station. Then, the location is achieved in a central processing unit thanks to all the transmitted parameters in the second step. This strategy is obviously suboptimal. An optimal solution of the geographical localization problem rather consists in estimating the position of the sources in a centralized manner at the central processing unit, assuming that all base stations are able to transfer all their signals to the central processing unit. Then the localization can be achieved in a one step procedure. The problem now depends on the position of the sources directly and not on intermediate parameters. This approach appears to be very interesting but the characterization of their fundamental limits is still an open question. In this thesis we examine the advantages of the centralized one step procedure compared to the traditional decentralized two-step procedure. First, we study the case of narrowband signals on the station network that offers a relevant theoretical framework to compare the performance of centralized and decentralized localization scheme. Then, we propose an alternative to the existing techniques in the more general wideband signal context based on a spatio-temporal approach. The comparison of existing techniques and the new ones to optimal performance is also part of the work reported in this thesis. A multistage geographical positioning technique is also provided for the multipaths propagation context.

Un algorithme permettant d’estimer précisément les paramètres des tourbillons de sillage (positions et circulations) en utilisant les données spectrales fournies par un LIDAR a été développé. Il s’articule en 3 grandes étapes : La première permet de détecter la présence de tourbillon et d’en faire une localisation grossière grâce à la méthode des enveloppes de vitesses. La seconde étape a pour but d’affiner l’estimation des positions des tourbillons en utilisant une optimisation du critère des moindres carrés. Cette étape permet également de faire une première estimation de la circulation des tourbillons. La troisième et dernière étape se concentre sur l’estimation des circulations des tourbillons en maximisant le critère de vraisemblance. Les estimations sont de plus en plus fines et se concentrent au fur et à mesure sur les paramètres les plus critiques. La mise au point de cet algorithme a nécessité d’utiliser plusieurs modèles (LIDAR, tourbillons de sillage, atmosphère) et de formuler un certain nombre d’hypothèses et approximations simplificatrices afin d’atteindre un coût calculatoire raisonnable. L’algorithme proposé a ensuite fait l’objet d’une évaluation de performances, l’intérêt étant porté sur la robustesse par rapport aux différents bruits altérant la mesure, en particulier celui lié à la turbulence atmosphérique et par rapport aux erreurs de modèle. Cette évaluation a été menée à la fois sur des données simulées à l’aide de modèles paramétriques simplifiés, et sur des données de simulations aux grandes échelles.Les paramètres instrumentaux du LIDAR constituent de potentiels degrés de liberté pour améliorer les performances de l’estimateur, en particulier pour les grandeurs les plus critiques, c’est-à-dire les valeurs de circulation. Le calcul des performances de l’estimateur nécessitant un coût de calcul non négligeable, il se prête mal à des fins d’optimisation. C’est pourquoi une étude de l’influence des paramètres du LIDAR sur la Borne de Cramér-Rao (BCR) a été menée. Cette étude a permis de mieux comprendre l’influence des paramètres instrumentaux et d’aboutir à une configuration optimale pour la BCR. / An algorithm was developed to estimate precisely wake vortices parameters (positions and circulations) using spectral data provided by a LIDAR. It is articulated in 3 main stages: The first one allows to detect the presence of vortices and to make a rough localization thanks to the method of the velocity envelopes. The second step is to refine the estimation of vortex positions using an optimization of the least squares criterion. This step also permits to make an first estimation of the vortices circulation. The third and final step focuses on estimating vortex circulations by maximizing the likelihood criterion. Estimates are becoming finer and more focused on the most critical parameters. The development of this algorithm required the use of several models (LIDAR, wake vortices, atmosphere) and to formulate a number of simplifying assumptions in order to reach a reasonable computational cost. The proposed algorithm was then subjected to a performance evaluation, the interest being focused on the robustness with respect to the different noises altering the measurement, particularly the one related to the atmospheric turbulence, and with respect to the model errors. This evaluation was carried out both on simulated data using simplified parametric models, and on Large Eddy Simulations.The instrumental parameters of LIDAR are potential degrees of freedom to improve the performance of the estimator, in particular for the most critical quantities, that is to say the circulation values. The calculation of the performance of the estimator requiring a significant computational cost, it lends itself poorly for optimization purposes. This is why a study of the influence of the LIDAR parameters on the Cramér-Rao Bound (CRB) was carried out. This study allowed to understand the influence of the instrumental parameters and to reach an optimal configuration for the CRB.

Les réseaux de télécommunications optiques métropolitains pourraient bénéficier de l'utilisation de sources optiques incohérentes à large bande, car elles sont peu coûteuses. Par contre, leur bruit d'intensité limite les performances des systèmes. Il a été démontré que l'utilisation d'un amplificateur optique à semi-conducteur (SOA) pour effectuer un traitement du signal optique à la détection diminue le taux d'erreur. C'est dans ce contexte que la modélisation des sources optiques incohérentes est étudiée. La distribution de son bruit d'intensité est comparée aux données expérimentales. Par la suite, des modèles de simulation des SOAs de différents niveaux de complexité sont présentés. En prenant comme référence un modèle détaillé, vin nouveau modèle simplifié est développé. Des approximations permettent de réduire le système d'équations différentielles partielles du modèle détaillé à une seule équation différentielle ordinaire (ODE) basée sur une quantité globale, le réservoir. Cette quantité est proportionnelle au nombre total de porteurs de charge dans l'amplificateur. Les résultats de simulation des quatre modèles basés sur l'ODE du réservoir sont alors comparés à ceux provenant du modèle détaillé ainsi qu'à des mesures expérimentales. Le modèle du réservoir permet de diminuer le temps de calcul du modèle détaillé par un facteur 20, tout en conservant une très bonne correspondance avec les mesures expérimentales. / Optical access networks could benefit from the use of inexpensive broadband incoherent light sources. However, their high level of intensity noise reduces the achievable level of performance. It was demonstrated that the use of semiconductor optical amplifier (SOA) for signal processing on the receiver side can greatly reduce the bit error rate (BER). In this context, the modeling of incoherent light sources was studied and their intensity distribution was compared with experimental data. In addition, various SOA models of different complexity levels are presented. Taking a detailed space-resolved model as a reference, a new model was developed. Different approximations are used to reduce the System of coupled partial differential equations of the detailed model to a single ordinary differential equation (ODE) describing a global variable called the reservoir. This quantity is proportional to the total number of useful carriers in the amplifier. Simulation results from four versions of the reservoir model are compared to the results obtained with the detailed model and with experimental data. While providing a good match with experimental data, the vise of the reservoir model can reduce computation time by a factor of 20.

Pour satisfaire les futures besoins de bande passante, les réseaux d'accès existants de fibre-au-domicile (FTTH) doivent être améliorés pour garantir au moins une connexion dédiée de 100 Mb/s par abonné. Étant donné que la durée de vie de l'infrastructure d'un réseau optique passif (PON) doit dépasser 25 ans, le remplacement des infrastructures existantes n'est pas désiré lors de l'amélioration du 'throughput' du réseau. Dans cette thèse, nous proposons des solutions peu coûteuses pour la prochaine génération des PONs utilisant l'infrastructure existante basée sur les coupleurs passifs. Les mises à jour nécessaires sont effectuées à base d'abonné permettant un déploiement progressif des clients à haut débit, sans affecter les anciens usagers. Dans notre étude, nous considérons deux types de solutions utilisant des sources de lumière incohérente. La première approche que nous proposons est d'utiliser le codage spectral d'amplitude à accès multiple par répartition de codes (SAC-OCDMA) pour la prochaine génération des PONs. La performance des architectures basées sur des sources de lumière locales ou des sources centralisées sont examinées en fonction du taux d'erreur binaire (BER), du budget de puissance, et des exigences d'amplification. Nous avons, avec succès, démontré la liaison montante d'un 7x622 Mb/s SAC-OCDMA PON au-dessus d'un lien de 20 km, avec l'opération en mode rafale (burst-mode). Malgré les pertes supplémentaires dans les architectures avec des sources centralisées, nous avons atteint une transmission sans erreurs pour un système chargé, en utilisant un code correcteur d'erreurs (FEC) ReedSolomon RS(255,239). En utilisant le récepteur 'burst-mode', nous avons atteint un rapport de perte de paquets (PLR) nul, pour un maximum de quatre usagers simultanés et plus de deux ordres de grandeur d'amélioration du PLR pour un PON chargé. La deuxième approche que nous proposons est un chemin de migration du multiplexage par répartition temporel (TDM) vers le multiplexage dense de tranches de spectres (SS) par répartition en longueur d'onde (WDM). Nous utilisons un nouvel amplificateur optique réfléchissant à semi-conducteur (RSOA) auto-injecté, comme un transmetteur, et un récepteur balancé récemment proposé pour atténuer le bruit d'intensité. Nous utilisons un réseau de Bragg (FBG) ayant une réflectivité de p% pour l'auto-injection, et nous optimisons sa réflectivité pour un compromis entre la puissance de sortie et l'effet de nettoyage du bruit. Nous avons découvert qu'en utilisant le FBG optimal (p = 18 ± 2%), on peut transmettre jusqu'à 4.5 dBm de puissance dans un canal de 25 GHz. Nous avons démontré expérimentalement une transmission SS-WDM dense à 1.25 Gb/s, et traité la possibilité d'avoir une unité de réseau optique (ONU) incolore en plaçant le FBG au nœud de distribution (RN). Une transmission sans erreurs a été réalisée sur un lien de 20 km pour l'auto-injection locale, alors qu'un plancher de BER autour de IO"9 â été atteint pour l'auto-injection à distance. Pour un lien de 10 km, une transmission sans erreurs a été atteinte pour les deux cas. Le budget de puissance a permis jusqu'à 32 usagers d'être supportés au-dessus de l'infrastructure existante de PON sans amplification au terminal de ligne optique (OLT). A l'aide des simulations, nous avons estimé que la capacité peut être augmentée à 128 usagers lorsqu'un FEC est utilisé. Nous avons montré que, malgré les pertes élevées au RN, notre solution permet une plus grande efficacité spectrale que celle des SS-WDM PON traditionnels basés sur des rangées de réseaux à guide d'ondes (AWG). / To satisfy future bandwidth demands, existing fiber-to-the-home (FTTH) access networks must be upgraded to guarantee at least a 100 Mb/s dedicated connection per subscriber. Since the lifetime of the outside plant of a passive optical network (PON) is expected to be greater than 25 years, replacing the existing PON infrastructure is not desirable when upgrading the network throughput. In this thesis, we propose inexpensive solutions for next generation PONs using the existing passive splitter-based infrastructure. The necessary upgrades are made on a per subscriber basis allowing a gradual rollout of high bit rate clients without affecting the legacy PON users. In our study, we consider two different solutions using incoherent light sources. The first approach we propose is to use spectral amplitude coded (SAC) optical code division multiple-access (OCDMA) for next generation PONs. Both local sources and centralized light sources architectures are examined in terms of the bit error rate (BER) performance, the power budget, and the amplification requirements. We successfully demonstrated the uplink of a 7x622 Mb/s SAC-OCDMA PON over a 20 km link, with burst-mode operation. Despite the extra losses in centralized light sources architectures, we achieved error free transmission for a fully loaded system using a Reed-Solomon RS(255,239) forward-error correcting (FEC) code. Using the burst-mode receiver, we reported zero packet loss ratio (PLR) for up to four simultaneous users, and more than two orders of magnitude improvement in the PLR for a fully loaded PON. The second approach we propose is a migration path from time-division multiplexing (TDM) to dense spectrum-sliced (SS) wavelength-division multiplexing (WDM). We use a novel self-seeded reflective semiconductor optical amplifier (RSOA) as a transmitter, and a recently proposed balanced receiver to mitigate the intensity noise. We use a p% reflective fiber Bragg grating (FBG) for self-seeding, and we optimize its reflectivity to trade off the output power versus the noise cleaning effect. We found out that using the optimum FBG (p = 18 ± 2%), we can transmit up to 4.5 dBm of power within a 25 GHz channel. We experimentally demonstrated a 1.25 Gb/s dense SS-WDM transmission, and addressed the possibility of colorless optical network unit (ONU) operation by placing the FBG at the remote node (RN). Error free transmission was achieved over a 20 km feeder for local self-seeding, whereas a BER floor around 10"9 was reported for the remote self-seeding. For a 10 km feeder, error free transmission was achieved for both cases. The power budget allowed up to 32 users to be supported over the existing PON infrastructure without optical line terminal (OLT) amplification. Through simulations we estimated that the capacity can be increased to 128 users when a FEC is used. We showed that despite the high splitting losses at the RN, our solution achieves a higher spectral efficiency than that of traditional arrayed waveguide grating (AWG)-based SS-WDM PONs.

Les réseaux optiques passifs (PON) semblent être la technologie gagnante et ultime du futur pour les "fibres jusqu'au domicile" ayant une haute capacité. L'écoute de contrôle de ce genre de système est nécessaire pour s'assurer un niveau de qualité de service prédéterminé pour chaque client. En outre, l'écoute de contrôle réduit considérablement les dépenses en capital et de fonctionnement (CAPEX et OPEX), tant pour le fournisseur du réseau que les clients. Alors que la capacité des PON est croissante, les gestionnaires de réseau ne disposent pas encore d'une technologie efficace et appropriée pour l'écoute de contrôle des réseaux de capacité aussi élevée. Une variété de solutions a été proposée. Toutes ces dernières solutions ne sont pas pratiques à cause de leur faible capacité (nombre de clients), d'une faible évolutivité, d'une grande complexité et des défis technologiques. Plus important encore, la technologie souhaitable pour l'écoute de contrôle devrait être rentable car le marché des PON est très sensible aux coûts. Dans cette thèse, nous considérons l'application de la technologie du codage optique passif (OC) comme une solution prometteuse pour l'écoute de contrôle centralisée d'un réseau optique ramifié tels que les réseaux PON. Dans la première étape, nous développons une expression pour le signal détecté par l'écoute de contrôle et étudions ses statistiques. Nous trouvons une nouvelle expression explicite pour le rapport signal utile/signal brouillé (SIR) comme outil de mesure métrique de performance. Nous considérons cinq distributions PON géographiques différentes et étudions leurs effets sur l'SIR pour l'écoute de contrôle d'OC. Dans la prochaine étape, nous généralisons notre modèle mathématique et ses expressions pour le contrôle des signaux détectés par un détecteur quadratique et des paramètres réalistes. Nous évaluons ensuite les performances théoriques de la technologie basée sur l'écoute de contrôle selon le rapport signal/bruit (SNR), le rapport signal/bruit plus coefficient d'interférence (SNIR), et la probabilité de fausse alarme. Nous élaborons l'effet de la puissance d'impulsion transmise, la taille du réseau et la cohérence de la source lumineuse sur le rendement des codes unidimensionnels (ID) et bidimensionnels (2D) de l'écoute de contrôle d'OC. Une conception optimale est également abordée. Enfin, nous appliquons les tests de Neyman-Pearson pour le récepteur de notre système d'écoute de contrôle et enquêtons sur la façon dont le codage et la taille du réseau affectent les dépenses de fonctionnement (OPEX) de notre système d'écoute de contrôle. Malgré le fait que les codes ID et 2D fournissent des performances acceptables, elles exigent des encodeurs avec un nombre élevé de composants optiques : ils sont encombrants, causent des pertes, et ils sont coûteux. Par conséquent, nous proposons un nouveau schéma de codage simple et plus approprié pour notre application de l'écoute de contrôle que nous appelons le codage périodique. Par simulation, nous évaluons l'efficacité de l'écoute de contrôle en terme de SNR pour un PON employant cette technologie. Ce système de codage est utilisé dans notre vérification expérimentale de l'écoute de contrôle d'OC. Nous étudions expérimentalement et par simulation, l'écoute de contrôle d'un PON utilisant la technologie de codage périodique. Nous discutons des problèmes de conception pour le codage périodique et les critères de détection optimale. Nous développons également un algorithme séquentiel pour le maximum de vraisemblance avec une complexité réduite. Nous menons des expériences pour valider notre algorithme de détection à l'aide de quatre encodeurs périodiques que nous avons conçus et fabriqués. Nous menons également des simulations de Monte-Carlo pour des distributions géographiques de PON réalistes, avec des clients situés au hasard. Nous étudions l'effet de la zone de couverture et la taille du réseau (nombre d'abonnés) sur l'efficacité de calcul de notre algorithme. Nous offrons une borne sur la probabilité pour un réseau donné d'entraîner l'algorithme vers un temps exorbitant de surveillance du réseau, c'est à dire le délai d'attente de probabilité. Enfin, nous soulignons l'importance du moyennage pour remédier aux restrictions budgétaires en puissance/perte dans notre système de surveillance afin de supporter de plus grandes tailles de réseaux et plus grandes portées de fibres. Ensuite, nous mettrons à niveau notre dispositif expérimental pour démontrer un m PON avec 16 clients. Nous utilisons un laser à modulation d'exploitation directement à 1 GHz pour générer les impulsions sonde. Les données mesurées par le dispositif expérimental est exploité par l'algorithme de MLSE à détecter et à localiser les clients. Trois déploiements PON différents sont réalisés. Nous démontrons une surveillance plus rigoureuse pour les réseaux ayant une répartition géographique à plusieurs niveaux. Nous étudions aussi le budget de la perte de notre dispositif de soutien plus élevés de capacités du réseau. Enfin, nous étudions le budget total admissible de la perte d'exploitation du système de surveillance dans la bande de fréquences à 1650 nm en fonction des spécifications de l'émetteur/récepteur. En particulier, la limite totale de la perte de budget est représentée en fonction du gain de l'amplicateure de transimpédance (TIA) et le résolution de la conversion analogique-numérique (ADC). Par ailleurs, nous enquêtons sur le compromis entre la distance portée et la capacité (taille de fractionnement au niveau du noeud distant) dans notre système de suivi.