Akademisk avhandling--Matematisk-naturvetenskapliga fakulteten--Åbo akademi, 2007.

Th.--Paris--ENST, 1988.

Avec l’apparition d’applications grand-public, comme le Wireless-HD, les fréquences millimétriques nécessitent l’utilisation de technologies CMOS faible coût. Cependant, avant d’être commercialisés, les transmetteurs mmW doivent être suffisamment résistants notamment à la désadaptation d’impédance entre l’amplificateur de puissance (AP) et l’antenne qui peut résulter d’un obstacle dans le champ proche de l’antenne. Une telle désadaptation d’impédance se traduit par l’apparition d’ondes stationnaires qui peuvent engendrer des dommages irrémédiables sur l’AP. Cette thèse propose une architecture innovante de régulation qui vise à protéger l’AP de telles dégradations tout en optimisant ses performances. La désadaptation d’impédance peut être évaluée en intégrant plusieurs détecteurs de puissance entre l’AP et l’antenne. Une boucle de régulation numérique peut ensuite établir une stratégie d’optimisation des performances de l’AP. Cette thèse s’intéresse particulièrement aux circuits de détection de puissance qui captent la désadaptation d’impédance de l’antenne. Réalisé en technologie CMOS 65nm de STMicroelectronics, le détecteur de puissance présente 25dB de dynamique à 60GHz et est capable de détecter jusqu’à 3 :1 de TOS. Ces détecteurs de puissance ont ensuite été intégrés dans un second circuit avec un AP et des convertisseurs (CAN & CNA). Une boucle de régulation agissant sur le gain de l’AP permet ainsi de garder une puissance de sortie constante quelle que soit l’impédance d’antenne tandis qu’une seconde boucle protège l’AP de la destruction. Cette thèse couvre également deux projets développés en parallèle de l’architecture de régulation de TOS. D’abord est proposée une nouvelle architecture de convertisseur analogique numérique logarithmique, basée sur l’architecture d’amplificateur logarithmique à compression progressive. Ensuite, une co-simulation sous ADS d’un AP RF/mmW avec sa boucle de régulation numérique permet de simuler l’AP à TOS régulé. / With the emergence of mass-market applications, such as Wireless-HD, low-cost CMOS technologies are requested to democratize the use of mmW frequencies. However, before being commercialized, mmW transmitters have to ensure sufficient reliability. One major reliability issue lies in the impedance mismatch between the power amplifier (PA) and the antenna, which can result from wave propagation obstacles in the close vicinity of the antenna. Such impedance mismatch generates standing waves, which can cause irreversible damage on the power amplifier. This thesis aims to propose an innovating regulation architecture that could protect the power amplifier from such deterioration and optimize its performance. By integrating several power detectors between the PA and the antenna, the impedance mismatch can be evaluated. Using this information, a digital regulation loop could then elaborate a complete strategy in order to optimize the PA performance. This thesis notably investigates the power detection circuits, which should sense the antenna impedance mismatch. A circuit realization in 65nm CMOS process from STMicroelectronics shows that the power detector provides 25dB dynamic range at 60GHz and is able to detect up to 3:1 VSWR. A second circuit realization integrates a power amplifier, the power detection circuits and data converters (ADC & DAC). The regulation loop acts on the power amplifier gain to keep a constant PA output power whatever the antenna impedance is. A second loop is also integrated, which protects the PA from destruction. This thesis also covers two alternative projects developed simultaneously to the VSWR-regulated PA architecture. First, a novel architecture of Logarithmic-Analog-to-Digital-Converter is proposed, which is based on the progressive compression architecture of logarithmic amplifier. Then the simulation aspect of the VSWR-regulated PA is investigated through an ADS co-simulation of an RF/mmW PA with its mixed-signal regulation loop.

Nous nous intéressons dans cette thèse à l'étude d'une équation parabolique quasilinéaire dans laquelle la diffusion est paramétrée par la longueur des différentes interactions non locales. Pour ce qui est du problème stationnaire associé, après avoir montré des résultats d'existence, d'unicité et de continuité. Nous présentons ensuite un critère général d'inversibilité dépendant du paramètre, ce critère très important va par la suite nous permettre en exemple d'application de retrouver des résultats d'inversibilités déjà connus lorsque le paramètre est égale au diamètre du domaine. Nous donnons ensuite un résultat de principe de comparaison de solutions symétriques radiales et une généralisation du compte du nombre de solutions. Enfin nous donnons quelques applications numériques utilisant une méthode de point fixe et de Newton pour illustrer ces résultats. Pour le problème d'évolution, après avoir montré l'existence d'un attracteur global associé à notre problème, nous démontrons une estimation $L^\infty$ de la solution en fonction d'estimations $L^q$, $q>1$ utilisant des itérations de type Moser.

Ce travail doctoral étudie les propriétés théoriques et asymptotiques des processus et des champs aléatoires stationnaires dont se déduisent des applications en statistique et en simulation. Une premi ère partie (Chapitres 2, 3 et 4) a pour objectif de construire des nouveaux modèles de champs aléatoires de type autorégressifs, sous forme de schémas de Bernoulli, et de donner des résultats au sujet de leur théorie limite. Des notions de dépendance faible sont utilisées, plus générale que les notions bien connues de mélange fort ou d'association. Nous envisagerons un principe d'invariance, faible et fort, pour les champs aléatoires considérés. Dans un deuxième temps, nous nous intéressons à quelques problèmes d'estimation dans deux contextes de dépendance bien précis. Nous étudions au Chapitre 5 un problème de simulation de textures dans un contexte de rééchantillonnage pour des champs de Markov fortement mélangeants dans un cadre non paramétrique. Le Chapitre 6 est consacré à la construction et à l'estimation des paramètres d'une nouvelle série chronologique à valeurs entières de type ARCH. La construction est établie en utilisant des arguments de contraction établis dans le cadre des champs aléatoires et le comportement asymptotique des estimateurs des paramètres, obtenus par quasi-maximum de vraisemblance gaussien est fondée sur des arguments de type différence de martingales. Enfin nous présentons au Chapitre 7 une nouvelle méthode d'estimation des paramètres pour des modèles ARCH de type markoviens, mé- thode obtenue en lissant la quasi vraisemblance gaussienne et nous appliquons cette méthode à une série hétéroscedastique de type LARCH pour laquelle les faibles valeurs de la variance conditionnelle rendent dificile l'utilisation de la méthode classique du quasi maximum de vraisemblance

Ce travail doctoral étudie les propriétés théoriques et asymptotiques des processus et des champs aléatoires stationnaires dont se déduisent des applications en statistique et en simulation. Une premi ère partie (Chapitres 2, 3 et 4) a pour objectif de construire des nouveaux modèles de champs aléatoires de type autorégressifs, sous forme de schémas de Bernoulli, et de donner des résultats au sujet de leur théorie limite. Des notions de dépendance faible sont utilisées, plus générale que les notions bien connues de mélange fort ou d'association. Nous envisagerons un principe d'invariance, faible et fort, pour les champs aléatoires considérés. Dans un deuxième temps, nous nous intéressons à quelques problèmes d'estimation dans deux contextes de dépendance bien précis. Nous étudions au Chapitre 5 un problème de simulation de textures dans un contexte de rééchantillonnage pour des champs de Markov fortement mélangeants dans un cadre non paramétrique. Le Chapitre 6 est consacré à la construction et à l'estimation des paramètres d'une nouvelle série chronologique à valeurs entières de type ARCH. La construction est établie en utilisant des arguments de contraction établis dans le cadre des champs aléatoires et le comportement asymptotique des estimateurs des paramètres, obtenus par quasi-maximum de vraisemblance gaussien est fondée sur des arguments de type diérence de martingales. Enn nous présentons au Chapitre 7 une nouvelle méthode d'estimation des paramètres pour des modèles ARCH de type markoviens, mé- thode obtenue en lissant la quasi vraisemblance gaussienne et nous appliquons cette méthode à une série hétéroscedastique de type LARCH pour laquelle les faibles valeurs de la variance conditionnelle rendent dicile l'utilisation de la méthode classique du quasi maximum de vraisemblance

Quelques systèmes quantiques ouverts sont étudiés par la récente théorie des systèmes dynamiques. Un système est couplé à un réservoir, une équation de Volterra dirige son évolution. La limite faible conduit aux résultats markoviens de Davies introduisant les opérateurs de Davies et de Van Hove, calculés formellement. Le semi-groupe de générateur de Davies agit sur les observables du système. On précise des conditions à la complète positivité satisfaites par les modèles connus. Une méthode explicite résout l'équation maîtresse pour un système, formé d'oscillateurs harmoniques, et donne le retour rapide vers l'équilibre. La formule de Feshbach relie la résolvante projetée du liouvillien au générateur de Davies. Des hypothèses spécifiques d'un champ bosonique génèrent des processus gaussiens stationnaires représentés à l'aide d'un mouvement brownien complexe. L'existence d'une mesure invariante prouve l'évolution markovienne de la matrice de densité du système

L'objectif principal de cette recherche est d'analyser les effets de l'agrégation sur la prévision de la demande. Cet effet est examiné par l'analyse mathématique et l’étude de simulation. L'analyse est complétée en examinant les résultats sur un ensemble de données réelles. Dans la première partie de cette étude, l'impact de l'agrégation temporelle sur la prévision de la demande a été évalué. En suite, Dans la deuxième partie de cette recherche, l'efficacité des approches BU(Bottom-Up) et TD (Top-Down) est analytiquement évaluée pour prévoir la demande au niveau agrégé et désagrégé. Nous supposons que la série désagrégée suit soit un processus moyenne mobile intégrée d’ordre un, ARIMA (0,1,1), soit un processus autoregressif moyenne mobile d’ordre un, ARIMA (1,0,1) avec leur cas spéciales. / Demand forecasting performance is subject to the uncertainty underlying the time series an organisation is dealing with. There are many approaches that may be used to reduce demand uncertainty and consequently improve the forecasting (and inventory control) performance. An intuitively appealing such approach that is known to be effective is demand aggregation. One approach is to aggregate demand in lower-frequency ‘time buckets’. Such an approach is often referred to, in the academic literature, as temporal aggregation. Another approach discussed in the literature is that associated with cross-sectional aggregation, which involves aggregating different time series to obtain higher level forecasts.This research discusses whether it is appropriate to use the original (not aggregated) data to generate a forecast or one should rather aggregate data first and then generate a forecast. This Ph.D. thesis reveals the conditions under which each approach leads to a superior performance as judged based on forecast accuracy. Throughout this work, it is assumed that the underlying structure of the demand time series follows an AutoRegressive Integrated Moving Average (ARIMA) process.In the first part of our1 research, the effect of temporal aggregation on demand forecasting is analysed. It is assumed that the non-aggregate demand follows an autoregressive moving average process of order one, ARMA(1,1). Additionally, the associated special cases of a first-order autoregressive process, AR(1) and a moving average process of order one, MA(1) are also considered, and a Single Exponential Smoothing (SES) procedure is used to forecast demand. These demand processes are often encountered in practice and SES is one of the standard estimators used in industry. Theoretical Mean Squared Error expressions are derived for the aggregate and the non-aggregate demand in order to contrast the relevant forecasting performances. The theoretical analysis is validated by an extensive numerical investigation and experimentation with an empirical dataset. The results indicate that performance improvements achieved through the aggregation approach are a function of the aggregation level, the smoothing constant value used for SES and the process parameters.In the second part of our research, the effect of cross-sectional aggregation on demand forecasting is evaluated. More specifically, the relative effectiveness of top-down (TD) and bottom-up (BU) approaches are compared for forecasting the aggregate and sub-aggregate demands. It is assumed that that the sub-aggregate demand follows either a ARMA(1,1) or a non-stationary Integrated Moving Average process of order one, IMA(1,1) and a SES procedure is used to extrapolate future requirements. Such demand processes are often encountered in practice and, as discussed above, SES is one of the standard estimators used in industry (in addition to being the optimal estimator for an IMA(1) process). Theoretical Mean Squared Errors are derived for the BU and TD approach in order to contrast the relevant forecasting performances. The theoretical analysis is supported by an extensive numerical investigation at both the aggregate and sub-aggregate levels in addition to empirically validating our findings on a real dataset from a European superstore. The results show that the superiority of each approach is a function of the series autocorrelation, the cross-correlation between series and the comparison level.Finally, for both parts of the research, valuable insights are offered to practitioners and an agenda for further research in this area is provided.

Le projet de recherche présenté consiste à la mise en place de matériel et de méthodes pour la mesure de l'impédance du système respiratoire en ventilation liquidienne totale (VLT). Ce projet a été réalisé en majeure partie en collaboration avec un étudiant à la maîtrise en physiologie, M. Dominick Bossé.Le matériel développé est un débitmètre instationnaire qui servira à mesurer le débit instantané à la trachée du patient.Le concept proposé consiste en un venturi symétrique comprenant trois prises de pression. La mesure du débit est obtenue en résolvant numériquement l'équation de Bernoulli légèrement modifiée. Un prototype a été validé expérimentalement en appliquant des débits sinusoïdaux de moyenne nulle. Les résultats ont montré que les écoulement quasi stationnaires sont mesurés précisément entre 5 ml/s et 60 ml/s et les oscillations de faible amplitude ([inférieur ou égal]10 ml/s) sont correctement mesurés pour des fréquences sous 3 Hz. De plus, une méthode pour appliquer la technique des oscillations forcées (TOF) en VLT est proposée. Elle consiste principalement à appliquer une excitation volumétrique sinusoïdale au système respiratoire, et à évaluer la fonction de transfert entre le débit délivré et la pression aux voies aériennes. Un modèle pulmonaire développé pour la ventilation gazeuse, le « five-parameter constant-phase model », est utilisé pour décrire les spectres d'impédance respiratoire observés. La méthode employée pour identifier les paramètres de ce modèle a été validée in silico sur des données générées informatiquement, et la méthode dans son ensemble a été validée in vitro sur un modèle mécanique reproduisant la dynamique pulmonaire. Les données in vivo sur 10 agneaux nouveau-nés suggèrent qu'un terme de compliance fractionnel est approprié pour décrire le comportement basse-fréquence des poumons, mais il n'a pas été possible de conclure sur la pertinence d'un terme d'inertance à ordre fractionnel. Finalement, l'étude des aspects plus physiologiques est présentée. En plus d'une description plus détaillée de la procédure expérimentale in vivo, on y observe l'influence de certains symptômes respiratoires (diminution de la compliance, augmentation de la résistance) sur l'impédance mesurée avec la TOF. Les conclusions sont que la résistance et l'inertance des voies aériennes sont grandement augmentées en VLT en comparaison de la ventilation gazeuse. La résistance et la réactance à 0.2 Hz sont sensibles à la bronchoconstriction et dilatation, autant que lors de la réduction de compliance. Ainsi, il est montré que la TOF à basse fréquence est un outil efficace pour suivre la mécanique respiratoire en VLT.

Un système électrique isolé du réseau, uniquement alimenté par un générateur photovoltaïque nécessite un stockage d'énergie pour être autonome. La batterie au plomb est couramment utilisée à cet effet, en raison de son faible coût, malgré certaines contraintes de fonctionnement. On peut la remplacer par une unité de stockage (USEH) incluant un électrolyseur, une pile à combustible et un réservoir d'hydrogène. Mais il reste d'importants efforts à fournir avant de voir l'essor industriel de cette technologie dont les débouchés doivent être identifiés. Les applications stationnaires de quelques kW sont évaluées par simulation numérique. Un simulateur est développé dans l'environnement Matlab/Simulink, comprenant principalement: le champ photovoltaïque et le système de stockage (batteries au plomb, USEH, ou stockage hybride USEH/batteries). La taille des composants est calculée pour satisfaire l'autonomie du système sur une année de fonctionnement. Il est testé pour 160 profils de charge (1kW en moyenne annuelle) et trois situations géographiques (Algérie, France et Norvège). Deux coefficients sont mis en place pour traduire la corrélation entre la consommation de l'usager et la disponibilité de la ressource renouvelable, à l'échelle journalière et saisonnière. Parmi les cas testés, le coefficient de corrélation saisonnier montre une valeur limite permettant de préconiser le stockage le plus adapté au cas étudié. L'emploi de l'USEH au lieu de batteries au plomb peut conduire à accroître le rendement du système, à réduire la taille du champ photovoltaïque et à optimiser l'exploitation de la ressource renouvelable. Dans tous les cas testés, l'hybridation de l'USEH avec des batteries permet d'améliorer le dimensionnement et les performances du système, avec un gain sur le rendement de 10 à 40 % selon le lieu testé. La confrontation des résultats de simulation à des données de systèmes réels a permis de valider les modèles utilisés.