In the first part of the thesis, we address the optimization of multimedia applications such as videoconferences or multi-player games in which user-dependent information has to be sent from the users to a core node to be chosen, and then global information has to be multicast back from the core node to all users. For a given communication network, this optimization seeks a core node under two potentially competing criteria, one being the sum of the distances to a set of user terminals, the other being the cost of connecting this core node and the terminals with a multicast (or Steiner) tree. We first consider the problem of minimizing a weighted sum of the two criteria and propose a heuristic which rapidly computes a solution guaranteed to be within a few percent of the optimum. Then we characterize the worst-case trade-offs between approximation ratios for the two criteria. To state our result informally, we show that there always exists a core location for which each criterion is close to its minimum value (if we were to disregard the other criterion). In the second part, we focus on the protection of multimedia streaming applications against packet losses. Because of real-time constraints, error recovery is often achieved by Forward Error Correction (FEC) techniques which consist of partitioning the packet stream into blocks of consecutive packets and adding redundant data packets to each block. If the number of packets lost within a block is at most the number of redundant packets added, the receiver is able to recover the original data packets. Otherwise some data is irrecoverably lost. In communication networks, FEC techniques are typically impaired by the fact that packet losses are not evenly distributed among blocks but rather occur in long bursts of consecutive losses. However it has been observed that splitting the transmission of a FEC block onto several paths typically decreases the probability of an irrecoverable loss. Whereas current approaches rely on an exact computation of the probability and are consequently restricted to very small network instances, we propose to approximate this probability by measuring the impact of the chosen routing on the peakedness of the received packet stream. The peakedness of a stream may be seen as a measure of how packets are spread over time within the stream. Numerical experiments are presented and show that our method yields good approximations of the probability of irrecoverable loss./La première partie de cette thèse concerne l'optimisation d'applications multimédias, telles que des vidéoconférences ou des jeux en groupes, pour lesquels l'information propre à chaque utilisateur doit être envoyée vers un noeud central à sélectionner. L'information globale est ensuite diffusée en retour de ce noeud central vers chacun des utilisateurs. Pour un réseau de communication donné, cette optimisation consiste à choisir le noeud central selon deux critères potentiellement concurrents, le premier étant la somme des distances vers les utilisateurs, le second étant le coût de connecter ce noeud central et les utilisateurs avec un arbre multicast (ou arbre de Steiner). Nous considérons tout d'abord le problème de la minimisation d'une somme pondérée des deux critères et proposons une heuristique qui calcule rapidement une solution garantie d'être éloignée de l'optimum d'au plus quelques pour cent. Ensuite nous caractérisons les pires cas du compromis existant entre les rapports d'approximation pour les deux critères. De façon informelle, notre résultat peut se formuler comme suit : nous montrons qu'il est toujours possible de sélectionner le noeud central de telle sorte que chaque critère soit proche de sa valeur minimum (obtenue sans considérer l'autre critère). Dans la seconde partie, nous nous concentrons sur la protection des applications de diffusion multimédia (streaming) contre les pertes de paquets. A cause de contraintes temps réel, la récupération des erreurs pour ces applications est typiquement réalisée par des techniques de corrections d'erreurs dites "en avant" (Forward Error Correction ou FEC) qui consistent à partitionner le flux de paquets en blocs de paquets consécutifs et à ajouter des paquets de données redondantes à chacun de ces blocs. Si le nombre de paquets perdus au sein d'un bloc est inférieur ou égal au nombre de paquets ajoutés, le récepteur est capable de récupérer les paquets de données originaux. Dans le cas contraire, des données sont perdues de façon irrécupérable. Dans les réseaux de communication, l'efficacité des techniques FEC est typiquement dégradée par le fait que les pertes de paquets ne sont pas distribuées uniformément parmi les blocs de paquets mais apparaissent plutôt groupées par en rafales de pertes consécutives. Cependant il a été récemment observé que répartir la transmission d'un bloc FEC sur plusieurs chemins permet généralement de diminuer la probabilité de perte irrécupérable. Alors que les approches existantes se basent sur un calcul exact de cette probabilité et se limitent donc à des réseaux de très petite taille, nous proposons d'en calculer une approximation en mesurant l'impact du routage choisi sur la "peakedness" du flux de paquets. La peakedness d'un flux peut être vue comme un mesure de la répartition temporelle des paquets au sein de ce flux. Des résultats numériques sont présentés et montrent que notre méthode permet de calculer une bonne approximation de la probabilité de perte irrécupérable..

Les techniques MIMO (Multiple Input - Multiple Output) constituent des solutions prometteuses pour les futurs systèmes de communications sans fil à très haut débit. Ces techniques visent à exploiter la dimension spatiale offerte par le milieu de propagation par l'intermédiaire de plusieurs antennes en émission et en réception permettant ainsi d'augmenter substantiellement le débit numérique.Les performances des systèmes MIMO étant largement tributaire des propriétés du canal de propagation sans fil, il est d'autant plus important pour ces systèmes de s'intéresser à ces dernières.Ce document a pour double objectif d'approfondir la connaissance sur les aspects théoriques et physiques de la caractérisation et de la modélisation spatio-temporelles du canal de transmission MIMO, en considérant la dimension spatiale au même niveau que la dimension temporelle, ainsi que de proposer un simulateur du canal MIMO réaliste basé sur des résultats de mesures.

Les systèmes de télécommunications modernes exigent des débits de transmission très élevés. Dans ce cadre, le problème d'identification de canaux est un enjeu majeur. L'utilisation de techniques aveugles est d'un grand intérêt pour avoir le meilleur compromis entre un taux binaire adéquat et la qualité de l'information récupérée. En utilisant les propriétés des cumulants d'ordre 4 des signaux de sortie du canal, cette thèse introduit de nouvelles méthodes de traitement du signal tensoriel avec des applications pour les systèmes de communication radio-mobiles. En utilisant la structure symétrique des cumulants de sortie, nous traitons le problème de l'identification aveugle de canaux en ntroduisant un modèle multilinéaire pour le tenseur des cumulants d'ordre 4, basé sur une décomposition de type Parafac. Dans le cas SISO, les composantes du modèle tensoriel ont une structure de Hankel. Dans le cas de canaux MIMO instantanés, la redondance des facteurs tensoriels est exploitée pour l'estimation des coefficients du canal. Dans ce contexte, nous développons des algorithmes d'identification aveugle basés sur une minimisation de type moindres carrés à pas unique (SS-LS). Les méthodes proposées exploitent la structure multilinéaire du tenseur de cumulants aussi bien que les relations de symétrie et de redondance, ce qui permet d'éviter toute sorte de traitement au préalable. En effet, l'approche SS-LS induit une solution basée sur une seule et unique procédure d'optimisation, sans les étapes intermédiaires requises par la majorité des méthodes existant dans la littérature. En exploitant seulement les cumulants d'ordre 4 et le concept de réseau virtuel, nous abordons aussi le problème de la localisation de sources dans le cadre d'un réseau d'antennes multiutilisateur. Une contribution originale consiste à augmenter le nombre de capteurs virtuels en exploitant un arrangement particulier du tenseur de cumulants, de manière à améliorer la résolution du réseau, dont la structure équivaut à celle qui est typiquement issue de l'utilisation des statistiques d'ordre 6. Nous traitons par ailleurs le problème de l'estimation des paramètres physiques d'un canal de communication de type MIMO à trajets multiples. Dans un premier temps, nous considérons le canal à trajets multiples comme un modèle MIMO convolutif et proposons une nouvelle technique d'estimation des coefficients. Cette technique non-paramétrique généralise les méthodes proposées dans les chapitres précédents pour les cas SISO et MIMO instantané. En représentant le canal multi-trajet à l'aide d'un formalisme tensoriel, les paramètres physiques sont obtenus en utilisant une technique combinée de type ALS-MUSIC, basée sur un algorithme de sous-espaces. Enfin, nous considérons le problème de la détermination d'ordre de canaux de type RIF, dans le contexte des systèmes MISO. Nous introduisons une procédure complète qui combine la détection des signaux avec l'estimation des canaux de communication MISO sélectifs en fréquence. Ce nouvel algorithme, basé sur une technique de déflation, est capable de détecter successivement les sources, de déterminer l'ordre de chaque canal de transmission et d'estimer les coefficients associés.

L’objectif de cette thèse est de développer de nouvelles solutions pour détecter et localiser des sources électromagnétiques radar au niveau d'une unique station de réception en exploitant les signaux directs et indirects reçus. Dans le cadre de notre étude, nous avons dans un premier temps développé une modélisation du signal reçu au niveau d'un récepteur en tenant compte des caractéristiques des émetteurs et de la zone environnante. L'évaluation de cette modélisation a été effectuée en s'appuyant sur un cas particulier de détection et de localisation des réflecteurs. Ce dernier, traité dans la littérature, repose sur l’exploitation des trajets multiples. Ces derniers peuvent être également utilisés pour localiser des sources d’émission. Néanmoins, la plupart des méthodes existantes se basent sur des réflexions dites spéculaires. Les techniques employant les réflexions non spéculaires sur un réflecteur quelconque pour localiser des sources d'émission dans un environnement inconnu font l'objet de peu de publications dans la littérature ouverte. La méthode de localisation que nous proposons a l'avantage de n'employer qu'un récepteur fixe mesurant seulement deux types de grandeurs : les angles d'arrivée (AOA) et les différences de temps d'arrivée (TDOA). En pratique, un problème d'affectation doit être résolu avant de procéder à la localisation des émetteurs et des réflecteurs. Le problème consiste à affecter chaque paire de mesures TDOAAOA à un réflecteur donné, en supposant que chaque paire a déjà été affectée à un émetteur.La méthode que nous avons développée a été testée et évaluée, d'une part grâce à des données simulées et d'autre part en utilisant des mesures réelles. / The purpose of this work is to develop new methods for the detection and the location of radar sources. The developed approach exploits the direct and indirect signals received at the receiving point. In our study, we first develop a model of these signals that takes into account the characteristics of the transmitters and the reflectors. We evaluate this model by simulating a particular case of reflectors detection and location, defined in the literature. Our goal is to use the multipaths to locate emission sources. Most existing methods are based on specular reflections. Methods based on non-specular reflections, to locate emission sources in an unknown environment, are rarely studied in the literature. In our study, we propose a new location method that uses a fixed receiver measuring the Angle of Arrival (AOA) and Time Difference of Arrival (TDOA). In practice, an assignment problem must be solved before locating the emitters and reflectors. The problem is to assign each pair of TDOA-AOA measurements to a given reflector, assuming that each pair has already been assigned to a transmitter. The method developed has been tested and evaluated by using simulated data and real measurements.

Depuis l'apparition des premiers réseaux radiomobiles cellulaires analogiques au d´ebut des années 70, nous avons assisté à une explosion de la demande en systèmes de communication sans fil. Les services concernés par les télécommunications sans fil se sont depuis étendus à la transmission de données et aux applications multimédia. Devant la nécessité d'avoir des débits élevés tout en garantissant une certaine qualit´e de service, les techniques MIMO (Multiple Input - Multiple Output) apparaissent comme très prometteuses. En utilisant plusieurs antennes simultanément en émission et en réception, ces systèmes exploitent la dimension spatiale pour la transmission de l'information. Ainsi la mise en oeuvre de ces techniques permet d'aboutir à une amélioration substantielle des débits et/ou des performances des liaisons numériques. Comme dans toutes les études systèmes, une analyse approfondie du canal de transmission et des mécanismes de propagation associés s'avère indispensable. Si dans un contexte classique, la caractérisation et la modélisation du canal peuvent se limiter au domaine temporel, il est n´ecessaire pour les systèmes MIMO de considérer la dimension spatiale au même niveau que la dimension temporelle. Une modélisation précise et réaliste du canal dans le domaine spatial est d'autant plus importante dans un contexte MIMO, puisque le gain par rapport à un système classique en terme de débit et/ou de performance est largement tributaire des propriétés spatiales du canal. C'est dans ce contexte que s'inscrit le travail présenté dans ce document. Cette thèse a pour objectif la conception d'un système de mesure performant permettant d'approfondir la connaissance du canal de propagation MIMO pour la bande UMTS.

La propagation régionale de deux types d'ondes sismiques guidées, l'onde Lg et le mode fondamental de l'onde de Rayleigh, est étudiée expérimentalement. Dans la première partie, nous traitons les données de l'expérience SISBALIG II pour étudier le phénomène de blocage des ondes Lg dans la Mer Ligure (sud-est de la France). En utilisant les diagrammes énergétiques, nous montrons que l'extinction de l'onde Lg se produit dans une zone d'une largeur d'environ 20 km près de la marge Provençale. En comparant lesobservations avec des simulations numériques, nous montrons que le facteur qui contribue le plus à ce blocage de l'onde Lg est la diffraction de l'énergie dans les sédiments océaniques. Dans la deuxième partie, nous étudions la propagation de l'onde de Rayleigh et la structure de la croûte au Sud du Mexique. Nous utilisons une approche classique d'étude de structure lithosphérique à partir de l'inversion des courbes de dispersion. Pour la mesure des courbes de dispersion de la vitesse de groupe, nous développons une méthode de sommation logarithmique dans le domaine période-temps ou période-vitesse de groupe. Nous utilisons une méthode d'inversion de la courbe de dispersion composée de deux étapes : (1) l'inversion linéarisée et (2) l'inversion de Monte-Carlo. Après avoir mesuré les courbes de dispersion dans les différentes régions et les avoir inversées pour des modèles locaux ID, nous construisons un modèle hétérogène de la croûte du Mexique. Ce modèle permet de simuler les caractéristiques majeures de la propagation des ondes émises par des séismes dans la zone de subduction Centraméricaine. Ainsi, nous montrons que l'amplification régionale aux périodes comprises entre 8 et 10 s dans la région de la Vallée de Mexico s'explique par la présence d'une couche superficielle à moindre vitesse sous la partie sud de la Chaîne Volcanique Transmexicaine.

Dans les décennies à venir, la connaissance d’informations très précises concernant la position d’un objet permettra de créer des applications révolutionnaires dans les domaines sociaux, médicaux, commerciaux et militaires. La technologie Ultra-Wideband (UWB) est considérée comme un bon candidat permettant de fournir des capacités de localisation précise grâce à la mesure de l’estimation du temps d'arrivée (TOA). Dans cette thèse, des algorithmes de mesure de distance dans le cas multi-utilisateurs pour des systèmes UWB sont étudiés afin d'atteindre une bonne précision pour une faible complexité, avec de la robustesse aux interférences multi-utilisateur et dans le cas d’un grand nombre d'utilisateurs. Au cours de la dernière décennie, les signaux chaotiques ont reçu une attention significative en raison d'un certain nombre de caractéristiques intéressantes. Les signaux chaotiques sont des signaux non périodiques, déterministes ou considérés comme pseudo-aléatoires provenant de systèmes dynamiques non linéaires. Leur bonne autocorrélation et leurs faibles propriétés d’inter corrélation les rendent particulièrement résistants aux évanouissements par trajets multiples et capables d'atténuer les interférences multi-utilisateur (MUI). En raison de leur grande sensibilité aux conditions initiales, il est possible de générer un grand nombre de signaux chaotiques pour accroître la capacité globale du système. Dans cette thèse, deux nouveaux algorithmes d'estimation de TOA sont proposés dans un cadre multi-utilisateur avec une faible complexité et une bonne robustesse. Le nombre d'utilisateurs pris en charge par ces deux algorithmes est beaucoup plus grand que dans le cas des estimateurs de TOA actuels. Cependant, l'utilisation de séquences d'étalement classique et d’impulsion limite l'amélioration des performances et la capacité du système. Afin d’apporter des améliorations, des signaux chaotiques sélectionnés sont utilisés comme séquences d'étalement ou impulsion dans les algorithmes proposés. Grâce à l'utilisation de signaux chaotiques, notre algorithme est non seulement amélioré, mais permet également l’utilisation d’un plus grand nombre d'utilisateurs par comparaison avec l’algorithme utilisant des signaux classiques / In the coming decades, highly accurate position information has the potential to create revolutionary applications in the social, medical, commercial and military areas. Ultra-Wideband (UWB) technology is considered as a potential candidate for enabling accurate localization capabilities through Time-of-Arrival (TOA) based ranging techniques. Over the past decade, chaotic signals have received significant attention due to a number of attractive features. Chaotic signals are aperiodic, deterministic, and random-like signals derived from nonlinear dynamical systems whose good autocorrelation, low cross-correlation and sensitivity to the initial conditions make them particularly suitable to ranging systems. In this thesis, two new multiuser TOA estimation algorithms are proposed with low complexity and robustness to MUI, the number of users supported by which is much larger than current multiuser TOA estimators. While, the use of classic spreading sequences and ranging pulse constrain the further improvement of ranging performance and system capacity. For breaking through the limit brought by the classic signals, the selected chaotic signals are employed as the spreading sequences or ranging pulse in our proposed algorithms. With the use of chaotic signals, our proposed algorithm not only obtains the additional improvement, but also with capability to support larger number of users comparing with its counterpart using classic signals

Dans les décennies à venir, des informations de position très précis a le potentiel de créer des applications révolutionnaires dans les domaines sociaux, médicaux, commerciaux et militaires. Ultra-Wideband (UWB) technologie est considéré comme un candidat potentiel pour permettre des capacités de localisation précises à travers le temps d'arrivée (TOA) télémétries. Au cours de la dernière décennie, les signaux chaotiques ont reçu significative d'attention en raison d'un certain nombre de caractéristiques intéressantes. Signaux chaotiques sont des signaux non périodiques, déterministes et aléatoires provenant de système dynamique non linéaire. Leur bonne auto-corrélation, faible corrélation croisée et la sensibilité aux conditions initiales rendent particulièrement adapté à des systèmes télémétries. Dans cette thèse, deux nouveaux algorithmes d'estimation multiutilisateur de TOA sont proposés avec une faible complexité et la robustesse de MUI. Le nombre d'utilisateurs pris en charge par ces deux algorithmes sont beaucoup plus grandes que les estimateurs de TOA actuelles. Cependant, l'utilisation de séquences d'étalement classique et impulsion contraignent l'amélioration des performances et la capacité du système. Pour briser la limite apportée par les signaux classiques, les signaux chaotiques sélectionnés sont utilisés comme impulsion séquences d'étalement ou impulsion à nos algorithmes proposés. Avec l'utilisation de signaux chaotiques, notre algorithme proposé non seulement obtient l'amélioration supplémentaire, mais aussi avec la capacité de soutenir plus grand nombre d'utilisateurs de comparaison avec son homologue en utilisant des signaux classiques.