Les réseaux de télécommunications sont soumis à des processus d'amélioration et d'optimisation continue. Chaque nouvelle itération apporte son lot de défis et limites. En effet, la croissance exponentielle des appareils de télécommunication, des stations de base aux équipements utilisateurs conduisent à de sérieux problèmes d'economie d'énergie. En plus des menaces à la vie privée, en particulier pour les réseaux sans fil car les canaux utilisés par les opérateurs peuvent également être utilisés par une oreille indiscrète quelconque. L'optimisation de l'utilisation du spectre est également un défi en raison du fait que le spectre disponible dans les systèmes de communication sans fil est devenu une ressource très rare en raison de la demande croissante. Les réseaux émergents, tels que les femtocells, souffrent également des défis mentionnés précédemment. Le travail de thèse actuel se concentre sur la proposition de solutions aux défis cités précédemment: l'efficacité énergétique, le partage du spectre et la sécurité. Le travail de recherche présenté dans cette thèse a porté sur trois axes principaux: Premièrement, trouver un moyen de réduire au minimum la consommation d'énergie des femtocellules dans les reseaux BWA femto/macro-cellulaire en diminuant le nombre d'événements de mobilité non désirées et l'introduction de nouveaux états de puissance pour la femtocellule. En second lieu, proposer une solution qui vise à réduire le temps de transmission prévu dans le temps de séjour de l'utilisateur secondaire (SU) dans la couverture d'une femtocellule en utilisant un algorithme basé sur le temps minimum prévu de transmission dans le temps de séjour de l'équipement utilisateur (UE). Enfin, introduire un nouveau modèle qui basé sur la sélection du meilleur relais qui maximise le taux de confidentialité et les avantages de l'augmentation du nombre de relais sous la contrainte de qualité de service à la destination. / Telecommunications networks are subject to continuous improvement and enhancement processes. Every new iteration brings its set of challenges and limitations. In fact, the exponential growth in telecommunication devices, from base stations to user equipments lead to serious energy efficiency issues. Along with the privacy threats, especially for wireless networks as the channels used by operators can also be used by any eavesdropper. Spectrum usage optimization is also a challenge due to the fact that the available spectrum in wireless communications systems has been a very rare resource because of the increasing demand. Emerging networks, such as femtocells, suffer also from the previously mentioned challenges. The current thesis work focuses on proposing several solutions to the previously cited challenges: energy efficiency, spectrum sharing and security. The research work introduced in this thesis has focused on three main axes: First, find a way to minimize the energy consumption of femtocells in macro/femto-cellular BWA networks by decreasing the number of unwanted mobility events and introducing new power states for the femtocell device. Second, propose a solution that aims to reduce the expected transmission time within the dwell time of Secondary User (SU) in the coverage of a femtocell using an algorithm based on the minimum expected transmission time within the dwell time of the User Equipment (UE) in the coverage of the femtocell. Finally, introduce a new scheme that is based on best relay selection method that maximizes the secrecy rate and benefits from increasing the number of relays under QoS constraint at the destination.

Dans le contexte de la modélisation aléatoire des événements récurrents, un modèle statistique particulier est exploré. Ce modèle est fondé sur la théorie des processus de comptage et est construit dans le cadre d'analyse de défaillances dans les réseaux d'eau. Dans ce domaine nous disposons de données sur de nombreux systèmes observés durant une certaine période de temps. Les systèmes étant posés à des instants différents, leur âge est utilisé en tant qu'échelle temporelle dans la modélisation. Le modèle tient compte de l'historique incomplet d'événements, du vieillissement des systèmes, de l'impact négatif des défaillances précédentes sur l'état des systèmes et des covariables. Le modèle est positionné parmi d'autres approches visant à l'analyse d'événements récurrents utilisées en biostatistique et en fiabilité. Les paramètres du modèle sont estimés par la méthode du Maximum de Vraisemblance (MV). Une covariable dépendante du temps est intégrée au modèle. Il est supposé qu'elle est extérieure au processus de défaillance et constante par morceaux. Des méthodes heuristiques sont proposées afin de tenir compte de cette covariable lorsqu'elle n'est pas observée. Des méthodes de simulation de données artificielles et des estimations en présence de la covariable temporelle sont proposées. Les propriétés de l'estimateur (la normalité, le biais, la variance) sont étudiées empiriquement par la méthode de Monte Carlo. L'accent est mis sur la présence de deux directions asymptotiques : asymptotique en nombre de systèmes n et asymptotique en durée d'observation T. Le comportement asymptotique de l'estimateur MV constaté empiriquement est conforme aux résultats théoriques classiques. Il s'agit de l'asymptotique en n. Le comportement T-asymptotique constaté empiriquement n'est pas classique. L'analyse montre également que les deux directions asymptotiques n et T peuvent être combinées en une unique direction : le nombre d'événements observés. Cela concerne les paramètres classiques du modèle (les coefficients associés aux covariables fixes et le paramètre caractérisant le vieillissement des systèmes). Ce n'est en revanche pas le cas pour le coefficient associé à la covariable temporelle et pour le paramètre caractérisant l'impact négatif des défaillances précédentes sur le comportement futur du système. La méthodologie développée est appliquée à l'analyse des défaillances des réseaux d'eau. L'influence des variations climatiques sur l'intensité de défaillance est prise en compte par une covariable dépendante du temps. Les résultats montrent globalement une amélioration des prédictions du comportement futur du processus lorsque la covariable temporelle est incluse dans le modèle. / In the context of stochastic modeling of recurrent events, a particular model is explored. This model is based on the counting process theory and is built to analyze failures in water distribution networks. In this domain the data on a large number of systems observed during a certain time period are available. Since the systems are installed at different dates, their age is used as a time scale in modeling. The model accounts for incomplete event history, aging of systems, negative impact of previous failures on the state of systems and for covariates.The model is situated among other approaches to analyze the recurrent events, used in biostatistics and in reliability. The model parameters are estimated by the Maximum Likelihood method (ML). A method to integrate a time-dependent covariate into the model is developed. The time-dependent covariate is assumed to be external to the failure process and to be piecewise constant. Heuristic methods are proposed to account for influence of this covariate when it is not observed. Methods for data simulation and for estimations in presence of the time-dependent covariate are proposed. A Monte Carlo study is carried out to empirically assess the ML estimator's properties (normality, bias, variance). The study is focused on the doubly-asymptotic nature of data: asymptotic in terms of the number of systems n and in terms of the duration of observation T. The asymptotic behavior of the ML estimator, assessed empirically agrees with the classical theoretical results for n-asymptotic behavior. The T-asymptotics appears to be less typical. It is also revealed that the two asymptotic directions, n and T can be combined into one unique direction: the number of observed events. This concerns the classical model parameters (the coefficients associated to fixed covariates, the parameter characterizing aging of systems). The presence of one unique asymptotic direction is not obvious for the time-dependent covariate coefficient and for a parameter characterizing the negative impact of previous events on the future behavior of a system.The developed methodology is applied to the analysis of failures of water networks. The influence of climatic variations on failure intensity is assessed by a time-dependent covariate. The results show a global improvement in predictions of future behavior of the process when the time-dependent covariate is included into the model.

Ce travail de thèse est consacré à l'étude du comportement poro-élastique linéaire et non linéaire des matériaux et géomatériaux poreux (notamment les calcaires oolithiques et le minerai de fer) par approche de changement d'échelle. A partir des observations microstructurales de ces matériaux, un modèle conceptuel a été proposé. Les roches poreuses étudiées sont constituées par un assemblage de grains (oolithes), à forte fraction volumique, cimentés par une matrice. La porosité, supposée connectée, est présente dans les oolithes (inter-oolithique) et dans la matrice (intra-oolithique). Un modèle d'homogénéisation à deux étapes est développé dans le cadre du modèle des sphères composites. L'importance des effets de liaison d'interface sur les propriétés poro-élastiques des sphères composites est étudiée en déterminant la solution exacte du modèle aux conditions d'interfaces parfaite ou/et imparfaite. Le modèle est tout d'abord appliqué pour estimer les propriétés effectives poro-élastiques linéaires des roches étudiées. Le comportement non linéaire de ces roches est étudié en attribuant à la matrice un comportement élastoplastique et en développant un comportement non linéaire pour les interfaces (oolithes - matrice). La comparaison entre résultats issus de la modélisation et ceux expérimentaux macroscopiques montre l'importance cruciale de la zone interfaciale de transition / This work is devoted to the modelling of the linear and non-linear hydro-mechanical behaviour of porous rocks (such as oolitic limestone, iron ore) by the multiscale modelling approach. Based on microstructure observations, a conceptual model was proposed. Porous rocks studied are constituted by an assemblage of grains (oolites), with high volume fraction, coated by a matrix. The overall porosity is supposed connected and decomposed into oolite porosity and matrix porosity. A two step homogenization method has been developed in the framework of CSA models (Composite Sphere Assemblage). The effect of interfacial bonding condition on poroelastic properties of composite sphere is investigated by determining the exact solution of the model in the case of perfect or/and imperfect interface. Micromechanical model is applied firstly to estimation of effective linear poroelastic properties of rocks studied. Their non-linear behaviour is studied by considering a elasto-plastic behavior for both the matrix and the interfaces (oolite-matrix). The comparison between numerical simulations and macroscopic experimental results underlined the crucial role of the interfacial transition zone

L’objet de cette thèse est d’analyser comment la politique de la concurrence peut être utilisée pour améliorer le pouvoir d’achat en générant des baisses de prix et affecter la répartition des revenus. L’évaluation des conséquences sur le bien-être de l’entrée de nouveaux concurrents sur un marché a fait l’objet d’une littérature importante. Mais elle repose sur des analyses en équilibre partiel et une approche complémentaire en terme d’équilibre général peut être utile. D’autres analyses de la politique de la concurrence en terme d’équilibre général ont été effectuées pour des économies avec des rendements d’échelle croissants.Cependant, dans la mesure où il semble discutable que les secteurs dans lesquels les rendements d’échelle sont croissants soient majoritaires dans les économies réelles, il apparaît pertinent d’analyser les effets de l’entrée dans des économies "convexes". Nous nous appuyons ainsi sur des modèles simples d’équilibre général pour étudier les conséquences de la politique de la concurrence - en matière d’entrée, de fusions etc... - sur le bien-être. Afin d’analyser ses effets distributifs, nous considérons des économies composées d’agents qui se distinguent par la nature des facteurs qu’ils offrent. Nous supposons en particulier que l’un d’eux fournit une quantité de travail exogène, que nous endogénéisons par la suite. Nous montrons ainsi que la politique de la concurrence peut être conflictuelle : elle peut ne pas impacter tous les consommateurs de la même façon et bénéficier à certains, au détriment d’autres. / This thesis consists in analysing how competition policy by enhancing prices decreases,may be used to boost purchasing power and influence income distribution. A huge literature deals with the evaluation of how entry of firms within a particular sector improves welfare. But this literature mainly relies on a partial equilibrium approach. To complete this approach, a general equilibrium view point on competition policy is called for. There have been several attempts to study the welfare effects of entry in general equilibrium economies with increasing returns to scale. However, it is not clear that pervasive unexploited increasing returns to scale exist in real economies. Therefore, it seems relevant to consider the case of "convex" economies. In this perspective, we use simple general equilibrium models to examine how competition policy - with regard to entry or mergers - affects welfare. In order to study the redistributive effects of competition policy, we consider the case where several agents supply different inputs (the supply of labor is first considered as exogenous,and then endogenous). We show that competition policy is not always welfare improving for all agents.

L’augmentation de la puissance électrique des composants électroniques pose le problème de la dissipation de la chaleur générée. Les boîtiers électriques doivent permettre la dissipation de cette chaleur en conservant une isolation électrique. La solution retenue pour évacuer la chaleur par transfert thermique consiste en matériaux composites dont les renforts par leur structuration vont améliorer la conductivité thermique. Des composites à matrice polymère ont été choisis pour leur aptitude de mise en forme. La conductivité thermique et l’isolation électrique sont assurées par des charges céramiques. Les méthodes d’homogénéisation donnent des pistes d’amélioration du comportement de composites en fonction des propriétés de leurs constituants, de leur géométrie et de leur distribution. Elles fournissent ainsi une formulation optimisée de matériaux répondant à certaines caractéristiques issues de cahiers des charges émanant du partenaire industriel (Institut de Soudure). La conductivité thermique attendue des composites impose une forte fraction volumique de charges pour compenser le caractère isolant de la matrice polymère. Des méthodes d’homogénéisation ont été développées pour prédire la conductivité thermique effective pour de forts taux de charges (supérieur à 20%) et des contrastes élevés de conductivité thermique. La présence d’une interphase provenant d’incompatibilités fortes entre les composants doit également être modélisée / The increase of electronic components in the integrated circuits and the required electrical power set the question of the dissipation of the heat generated. The electrical box must favor the heat dissipation while maintaining electrical insulation. The solution chosen to transfer the heat is to develop composite materials whose reinforcements by their structure will improve the thermal conductivity. Polymer-based composite materials were chosen for their building ability. Thermal conductivity and electrical insulation are insured by ceramic reinforcements. The homogenization methods allow to improve the composites’ design according to the properties of their constituents, their geometry and their distribution. They thus provide an optimized formulation of materials satisfying the characteristics emanating from the industrial partner (‘Institut de Soudure’). The expected thermal conductivity of the composites imposes a high volume fraction of reinforcements to counterbalance the insulating polymer matrix. Homogenization methods have been developed to provide predictions of effective thermal conductivity for high (greater than 20%) reinforcement rates and high thermal conductivity contrasts. The presence of an interphase resulting from strong physico-chemical incompatibilities between the components must also be modeled

Cette thèse est composée de trois chapitres distincts.Dans le premier chapitre, je montre que les mesures de liquidités traditionnelles, telles que la profondeur du marché, ne sont pas toujours pertinentes pour mesurer le bien-être des investisseurs. Je construis un modèle de marché conduit par les ordres et montre qu'une offre de liquidité élevée peut correspondre à de mauvaises conditions d'éxécution pour les fournisseurs de liquidité et à un bien-être relativement faible.Dans le deuxième chapitre, je modélise la vitesse des ajustements de prix à l'arrivée de nouvelles dans les marchés conduits pas les ordres, lorsque les investisseurs ont une capacité d'attention limitée.En raison de leur attention limitée, les investisseurs suivent imparfaitement l'arrivée de nouvelles. Ainsi, les prix s'ajustent aux nouvelles après un certain délai. Ce délai diminue lorsque le niveau d'attention des investisseurs augmente.Le délai d'ajustement des prix diminue également lorsque la fréquence à laquelle les nouvelles arrivent, augmente. Le troisième chapitre présente un travail écrit en collaboration avec Thierry Foucault. Nous construisons un modèle pour expliquer en quoi le trading à haute fréquence peut générer des "mini flash crashes" (un brusque changement de prix suivi d'un retour très rapide au niveau antérieur). Notre théorie est basée sur l'idée qu'il existe une tension entre la vitesse à laquelle l'information peut être acquise et la précision de cette information. Lorsque les traders à haute fréquence mettent en oeuvre des stratégies impliquant des réactions rapides à des événements de marché, ils augmentent leur risque à réagir à du bruit et génèrent ainsi des "mini flash crashes". Néanmoins, ils augmentent l'efficience informationnelle du marché. / This dissertation is made of three distinct chapters. In the first chapter, I show that traditional liquidity measures, such as market depth, are not always relevant to measure investors' welfare. I build a limit order market model and show that a high level of liquidity supply can correspond to poor execution conditions for liquidity providers and to a relatively low welfare.In the second chapter, I model the speed of price adjustments to news arrival in limit order markets when investors have limited attention.Because of limited attention, investors imperfectly monitor news arrival. Consequently prices reflect news with delay. This delay shrinks when investors' attention capacity increases. The price adjustment delay also decreases when the frequency of new arrival increases. The third chapter presents a joint work with Thierry Foucault. We build a model to explain why high frequency trading can generate mini-flash crashes (a sudden sharp change in the price of a stock followed by a very quick rversal). Our theory is based on the idea that there is a trade-off between speed and precision in the acquisition of information. When high frequency traders implement strategies involving fast reaction to market events, they increase their risk to trade on noise and thus generate mini flash crashes. Nonetheless they increase market efficiency.

Cette thèse est composée de trois chapitres distincts. Dans le premier chapitre, je montre que les mesures de liquidités traditionnelles, telles que la profondeur du marché, ne sont pas toujours pertinentes pour mesurer le bien-être des investisseurs. Je construis un modèle de marché conduit par les ordres et montre qu'une offre de liquidité élevée peut correspondre à de mauvaises conditions d'exécution pour les fournisseurs de liquidité et à un bien-être relativement faible. Dans le deuxième chapitre, je modélise la vitesse des ajustements de prix à l'arrivée de nouvelles dans les marchés conduits pas les ordres, lorsque les investisseurs ont une capacité d'attention limitée. En raison de leur attention limitée, les investisseurs suivent imparfaitement l'arrivée de nouvelles. Ainsi, les prix s'ajustent aux nouvelles après un certain délai. Ce délai diminue lorsque le niveau d'attention des investisseurs augmente. Le délai d'ajustement des prix diminue également lorsque la fréquence à laquelle les nouvelles arrivent, augmente. Le troisième chapitre présente un travail écrit en collaboration avec Thierry Foucault. Nous construisons un modèle pour expliquer en quoi le trading à haute fréquence peut générer des "mini flash crashes" (un brusque changement de prix suivi d'un retour très rapide au niveau antérieur). Notre théorie est basée sur l'idée qu'il existe une tension entre la vitesse à laquelle l'information peut être acquise et la précision de cette information. Lorsque les traders à haute fréquence mettent en oeuvre des stratégies impliquant des réactions rapides à des événements de marché, ils augmentent leur risque à réagir à du bruit et génèrent ainsi des "mini flash crashes". Néanmoins, ils augmentent l'efficience informationnelle du marché.

Cette thèse a pour but d’étudier l'influence de l'hétérogénéité des forêts de terre ferme en Guyane sur l'organisation des communautés de moyens et grands vertébrés. Nous avons, d'abord, choisi une espèce modèle afin de déterminer une méthode adéquate d'estimation d'abondance prenant en compte la détection imparfaite et l'immigration temporaire des espèces, et de tester l'effet des conditions environnementales à différentes échelles d'analyse. Puis, partant du constat que les biais dus à la détection dans l'estimation d'abondance pouvaient être importants, nous avons déterminé l'importance relative des conditions environnementales et des traits biologiques des espèces sur la probabilité de détection. A partir de ce cadre d'étude, nous avons étudié la composition et les diversités alpha et beta en utilisant de façon complémentaire les métriques taxonomique, fonctionnelle, et phylogénétique pour déterminer le rôle relatif de l'environnement et de la contingence historique dans l'organisation des communautés, et de tester l’hypothèse des refuges forestiers. Enfin, en descendant dans l'échelle d'analyse, nous avons tenté de démêler l'effet de l'environnement et des interactions interspécifiques sur la cooccurrence des espèces, et utilisé les traits fonctionnels des espèces pour tester le lien entre cooccurrence et similitude fonctionnelle. Cette thèse met en avant les rôles prépondérants de la contingence historique et de la facilitation dans, respectivement, la structuration de la diversité régionale et les processus d’assemblages locaux des communautés de moyens et grands vertébrés en Guyane. / The main objective of this thesis was to study the influence of Guianan terra firme rainforests types on medium- and large-sized vertebrates community organization. First, we choose a model species which permitted to develop an appropriate abundance estimation method which take into account the imperfect detection and temporary immigration of mobile species, and to test environmental conditions effects at different spatial scales of analysis. Second, given that bias due to animal detection can be important in the abundance estimation, we determinated the relative role of environmental conditions and species biological traits on detection probability. From this methodological framework, we studied then processes of community organization, by identifying the main determinants involved in community organization, using composition and alpha and beta diversities, and, in a complementary manner, three metrics (taxonomic, functional, and phylogenetic). We sought from these general framework to determinate the relative role of environmental conditions and historical contingency, responsible for the current community organization, and to test the forest refugia hypothesis. Finally, we downscaled the analysis to determinate, and tried to disentangle the effects of environmental conditions and interspecific interactions on species co-occurrence. We used then functional traits to test the relationship between species co-occurrence and similarities.This thesis highlights the important role of historical contingency and facilitation in the structure of regional diversity and the local assembly processes of medium- and large-sized vertebrates, respectively, in French Guiana.

Cette thèse est consacrée à l’étude des interactions entre la théorie des jeux et la théorie de l’information, ainsi qu’à leurs applications aux réseaux de communication décentralisés. D’une part, la théorie des jeux apporte des réponses aux problèmes d’optimisation dans lesquels des agents interagissent. Dans un jeu, les joueurs choisissent des actions et obtiennent des gains appelés utilités. Les hypothèses sur l’information que possèdent les joueurs avant de jouer sont fondamentales pour déterminer l’issue d’un jeu, aussi appelée équilibre. Lorsque le même jeu est répété d’étape en étape et que les joueurs n’observent pas les actions passées parfaitement,alors les utilités d’équilibre ne sont pas connues. D’autre part, la théorie de l’information étudie les performances d’un système communicant. De nos jours, les réseaux de communication sont tellement denses qu’ils ne peuvent plus s’organiser autour d’un unique opérateur central. La théorie des jeux est appropriée pour étudier de nouvelles organisations du traitement de l’information dans lesquelles les décisions sont prises localement. Dans un premier temps, au chapitre3, nous étudions le jeu du contrôle de puissance efficace du point de vue énergétique, grâce aux résultats existants pour les jeux répétés. Les émetteurs sont considérés comme des joueurs et choisissent la puissance d’émission du signal, considérée comme leur action. L’objectif d’un joueur est de choisir une puissance optimale pour la qualité de sa propre communication. Même si les joueurs n’observent pas les actions passées de manière parfaite, nous montrons que l’observation du "ratio signal sur interférence plus bruit" est suffisante pour garantir des résultats d’équilibre optimaux pour le réseau de communication. Dans un second temps, nous utilisons les outils de la théorie de l’information pour approfondir l’étude de la circulation de l’information parmi les joueurs. Dans le chapitre 4, un encodeur envoie un signal supplémentaire aux joueurs afin qu’ils observent parfaitement les actions jouées à l’étape précédente. L’observation des joueurs devient suffisamment précise pour nous permettre de retrouver l’ensemble des utilités d’équilibre du jeu répété. Ces résultats sont à leur tour exploités afin de modéliser des réseaux de communication plus réalistes et d’y apporter des solutions nouvelles. Dans le chapitre5, nous approfondissons l’étude des utilités d’équilibre lorsque les joueurs observent les actions passées à travers un canal d’observation arbitraire. Nous démontrons un résultat d’atteignabilité pour un canal multi-utilisateurs avec états qui comporte un encodeur, deux récepteurs légitimes et un espion. Ce résultat nous permet d’étudier les corrélations entre les suites d’actions qu’un groupe de joueurs peut mettre en oeuvre à l’insu d’un joueur opposant. L’étude des canaux multiutilisateurs est un pas en avant vers la caractérisation des utilités d’équilibre dans un jeu répété avec observation imparfaite. / This thesis is devoted to the study of mutual contributions between games theory and informationtheory and their applications to decentralized communication networks. First, game theoryprovides answers to optimization problems in which agents interact. In a game, players chooseactions and obtains gains called utilities. Assumptions about the information possessed by playersbefore play is fundamental to determine the outcome a game, also called equilibrium. When thesame game is repeated from stage to stage and the players do not observe the past actions perfectly,then the equilibrium utilities are not known. On the other hand, information theory studiesthe performance of a communicating system. Nowadays, communication networks are so densethat they can not organize around a single central operator. Game theory is appropriate to explorenew organizations of communication networks in which decisions are taken locally. At first,in Chapter 3, we study the game of power control in terms of energy efficiency, thanks to theexisting results for repeated games. Transmitters are regarded as players and choose the transmissionpower of the signal, considered as their action. The objective of a player is to choose anoptimal power for the quality of its own communication. The players do not observe the pastactions perfectly, but we show that the observation of the "signal over interference plus noiseratio" is sufficient to ensure optimal equilibrium results for the communication network. In a secondstep, we use the tools of the information theory for further study of the flow of informationamong the players. In Chapter 4, an encoder sends an extra signal to the players so that theyperfectly observe the actions chosen in the previous stage-game. The observation of players issufficiently precise to characterize the set of equilibrium utilities of the repeated game. Theseresults are, in turn, used to model new communication networks and to provide more realisticsolutions. In Chapter 5, we deepen the study of equilibrium utilities when players observe thepast actions to through an arbitrary observation channel. We show a rate region is achievablefor the multi-user channel with states which includes an encoder, two legitimate receivers andan eavesdropper. This result allows us to study the correlations over the sequences of actions agroup of players can implement while keeping it secret from an opponent player. The study ofmulti-user channels is a step towards the characterization of equilibrium utilities in a repeatedgame with imperfect monitoring.

Les futurs systèmes de communication mobile sont caractérisés par un déploiement de plus en plus dense de différents types de points d'accès sans fil. Afin d’atténuer les interférences dans ces systèmes, les techniques aux entrées multiples-sorties multiples (MIMO) ainsi que la coopération entre les émetteurs et/ou les récepteurs sont nécessaires. Les systèmes de communication mobile en deviennent plus complexes, ce qui impose une évolution des outils mathématiques permettant leur analyse. Ceux-ci doivent être capables de prendre en compte les caractéristiques les plus importantes du système, telles que l'affaiblissement de propagation, les interférences et l'information imparfaite d'état du canal. Le but de cette thèse est de développer de tels outils basés sur la théorie des grandes matrices aléatoires et de démontrer leur utilité à l'aide de plusieurs applications pratiques, telles que l'analyse des performances des systèmes « network MIMO » et des systèmes MIMO à grande échelle, la conception de détecteurs de faible complexité à expansion polynomiale, l'étude des techniques de précodage unitaire aléatoire, ainsi que l'analyse de canaux à relais multiples et de canaux à double diffusion. En résumé, les méthodes développées dans ce travail fournissent des approximations déterministes de la performance du système qui deviennent exactes en régime asymptotique avec un nombre illimité d'émetteurs et de récepteurs. Cette approche conduit souvent à des approximations de la performance du système étonnamment simples et précises et permet de tirer d’importantes conclusions sur les paramètres les plus pertinents. / Advanced mobile communication systems are characterized by a dense deployment of different types of wireless access points. Since these systems are primarily limited by interference, multiple-input multiple-output (MIMO) techniques as well as coordinated transmission and detection schemes are necessary to mitigate this limitation. Thus, mobile communication systems become more complex which requires that also the mathematical tools for their theoretical analysis must evolve. These must be able to take the most important system characteristics into account, such as fading, path loss, and interference. The aim of this thesis is to develop such tools based on large random matrix theory and to demonstrate their usefulness with the help of several practical applications, such as the performance analysis of network MIMO and large-scale MIMO systems, the design of low-complexity polynomial expansion detectors, and the study of random beamforming techniques as well as multi-hop relay and double-scattering channels. The methods developed in this work provide deterministic approximations of the system performance which become arbitrarily tight in the large system regime with an unlimited number of transmitting and receiving devices. This leads in many cases to simple and close approximations of the finite-size system performance and allows one to draw relevant conclusions about the most significant parameters. One can think of these methods as a way to provide a deterministic abstraction of the physical layer which substantially reduces the system complexity. Due to this complexity reduction, it is possible to carry out a system optimization which would be otherwise intractable.