Titre de l'écran-titre (visionné le 10 janvier 2024) / L'avènement des réseaux mobiles 6G promet de révolutionner les systèmes de communication mobile, en offrant une capacité très élevée et une faible latence. Pour exploiter pleinement le potentiel des réseaux mobiles 6G, il est essentiel de disposer d'une localisation de haute précision. L'incorporation des bandes térahertz (THz) est un facteur critique pour atteindre cette précision de localisation. Dans ce contexte, nous proposons une approche pour la localisation des terminaux d'utilisateurs dans les réseaux mobiles 6G, en tirant partie des bandes de fréquences THz. L'approche proposée est basée sur la technique de localisation par angle d'arrivée (AoA). Nous utilisons cette technique de localisation parce qu'elle offre une plus grande précision. Pour mettre en œuvre notre approche, nous utilisons des simulations avancées dans NYUSIM. Plus précisément, nous effectuons deux simulations. La première simulation émule un réseau mobile 5G dans les bandes mmWave et la seconde un réseau mobile 6G dans les bandes de fréquences THz. Les résultats montrent que les réseaux mobiles 6G sont plus performants que les réseaux mobiles 5G en termes de précision de localisation. Cette amélioration est attribuée à l'estimation plus fine du canal facilitée par les fréquences THz, ce qui permet de réduire les interférences du signal et d'améliorer la précision du positionnement. Nos résultats montrent également que les réseaux mobiles 6G nécessitent moins de puissance d'émission pour atteindre une précision de localisation similaire à celle des réseaux mobiles 5G. Cette découverte souligne le potentiel des réseaux mobiles 6G à réduire la pollution environnementale et à contribuer au développement durable. / The advent of 6G mobile networks holds immense promises for revolutionizing mobile communication systems, offering ultra-high capacity and low latency. To fully realize the potential of 6G mobile networks, high-precision localization is essential. A critical factor in achieving this localization accuracy is the incorporation of Terahertz (THz) bands. In this context, we propose an approach for localizing user terminals in 6G mobile networks leveraging THz frequency bands. The proposed approach is based on the Angle of Arrival (AoA) localization technique. We use this technique because it provides greater localization accuracy. To implement our approach, we employ advanced simulations in NYUSIM to bridge the gap between theoretical knowledge and practical applications. More specifically, we perform two simulations. The first simulation emulates a 5G mobile network in the mmWave bands, and the second one emulates a 6G mobile network in the THz frequency bands. The results show that 6G mobile networks outperform 5G mobile networks in terms of localization accuracy. This improvement is attributed to the finer channel estimation facilitated by THz frequencies, resulting in reduced signal interference and enhanced positioning accuracy. Our results also show that 6G mobile networks require less transmit power to achieve similar localization accuracy than 5G mobile networks. This finding highlights the potential of 6G mobile networks to reduce environmental pollution and contribute to sustainability.

Pour répondre aux demandes de haut débit exigées par les communications mobiles de dernières générations, une solution consiste à augmenter le nombre d'antennes à l'émission et à la réception de la liaison sans fil. On parle alors de technique MIMO (Multiple Input, Multiple Output). De même, pour réduire les évanouissements des signaux provoqués par l'environnement de propagation multi-trajets, la technique de diversité qui consiste à placer une antenne à l'émission et plusieurs antennes à la réception peut être utilisée. Cependant, l'intégration de plusieurs antennes sur le plan de masse d'un même téléphone portable est un challenge délicat. En effet, à cause du volume restreint de l'appareil, une forte isolation entre antennes doit être atteinte afin de maximiser le gain de diversité et/ou d'accroître la capacité de transmission du système global. Le travail de cette thèse a consisté à montrer qu'il était possible à l'aide d'un effet de neutralisation, d'intégrer deux résonateurs quart d'onde étroitement proches sur un PCB, tout en les maintenant fortement isolés du point de vue électromagnétique et présenter ainsi des efficacités totales très satisfaisantes. Ces résultats étaient cependant obtenus pour deux antennes PIFAs n'opérant pas dans la même bande de fréquence (DCS et UMTS). Ce travail a ensuite été étendu avec la mise en oeuvre de la technique de neutralisation pour des systèmes multi-antennes opérant dans la même bande de fréquence UMTS. Plusieurs structures sont réalisées. Leurs performances en diversité et en MIMO sont mesurées dans une chambre réverbérante à Göteborg et dans un environnement réel à Helsinki.

Cette thèse a pour but l'analyse des performances d'une communication radio en présence d'évanouissements et d'effet de masque. Le masquage, du aux obstacles entre l'émetteur et le récepteur, fait varier la probabilité d'erreur moyenne ("Symbole Error Probability" SEP). L'étude de la probabilité de coupure symbole (SEO "Symbol error Outage") définie comme la probabilité que le SEP moyen excède une valeur seuil est donc plus pertinent. La difficulté de son étude réside dans le fait qu'une inversion du SEP moyen par rapport au SNR (Signal to Noise Ratio) est nécessaire. Par la méthode de Laplace nous donnons des approximations précises à tout SNR du SEP dans un canal de Nakagami-m et Rice dans le cas mono-antenne. Nous montrons ensuite que ces approximations sont inversibles par rapport au SNR et permettent d'exprimer analytiquement le SEO en fonction du SEP cible. Nous intégrons ensuite le codage canal et dérivons des expressions analytiques de la probabilité de coupure paquet pour un codage bloc puis un codage convolutif à entrée décidée. Nous étendons l'étude aux systèmes MIMO à codage bloc orthogonaux puis à multiplexage spatial où des formes exactes du SEO sont dérivées. Nous considérons le cas où des interférents sont présents. Nous dérivons une approximation précise et inversible de la probabilité d'erreur lorsque les signaux se propagent à travers un canal à évanouissements rapides de Rayleigh. Enfin parce que la prise en compte de l'interférence est un moyen avéré d'augmenter la capacité des réseaux, nous étudions les performances de la détection multiutilisateurs à maximum de vraisemblance (MUD-MLSE), dans un contexte WLAN à canaux recouvrant.

Ce document propose de synthétiser mes activités de recherche selon l'organisation suivante. Le chapitre 1 est consacré à l'intégration d'amplificateurs de puissance silicium sur des technologies CMOS et BiCMOS en présentant les solutions " circuit " que nous avons développé. Cette activité a débuté lors de mes travaux de thèse en octobre 2002 à travers la conception d'amplificateurs de puissance en technologie BiCMOS SiGe reconfigurables multi-standard pour les applications mobiles. Puis, une structure d'amplificateurs de puissance innovante est proposée afin d'intégrer totalement les parties émission et réception sur une seule et même puce CMOS. La notion de signature thermique du PA est introduite. Afin de surmonter le compromis linéarité/rendement inhérent aux amplificateurs de puissance traditionnels, nous retrouvons dans le chapitre 2 différentes architectures qui répondent à l'augmentation du rendement des PAs linéaires et l'augmentation de la linéarité des PAs à haut rendement. L'option choisie est alors de travailler " autour " du PA sur des techniques prometteuses en termes de perspectives d'intégration et de performances. Ainsi, les études de la mise en parallèle de cellules amplificatrices et des amplificateurs Doherty sont décrites. De plus, la technique de linéarisation par boucle cartésienne est développée en y associant de l'intelligence numérique. Le chapitre 3 se distingue des deux premiers dans le sens où il est consacré aux travaux effectués sur les architectures d'émetteur dans lequel nous avons développé un émetteur original aux fréquences RF et millimétriques. Cette architecture, innovante dans sa forme, permet d'émettre directement le signal modulé par un bloc que nous appelons Power VCO. Il s'agit d'un oscillateur contenant un amplificateur de puissance dans la chaine directe et un filtre dans la chaine de retour. Nous proposons pour la chaine directe l'utilisation de PA à haut rendement et pour la chaine de retour de réseaux LC, de résonateurs BAW, de filtres BAW, et de vecteur-modulateur. Le chapitre 4 quant à lui expose mon projet de recherche. Il se nourrit des éléments présentés dans les trois premiers chapitres. Le travail au niveau " circuit " est toujours présent en proposant des études sur de nouvelles classes de fonctionnement, sur des technologies GaN, graphene et FinFET. Le travail " autour du PA " se poursuit avec de nouvelles applications pour la boucle cartésienne et la recherche de solution originale de réduction de la consommation en mêlant des méthodes de traitement du signal. Enfin, la réflexion au niveau système sur la façon de penser les émetteurs est également relancée. En parallèle de ces activités, la dernière partie du document est consacrée aux activités d'enseignement et d'intérêt généraux au niveau de l'établissement d'enseignement (IPB), du laboratoire, des activités nationales et internationales.