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Cette thèse a permis de travailler sur l'efficacité d'un canal des systèmes massifs MIMO pour lesquels il faille déterminer le débit à l'Uplink des terminaux présents dans leurs cellules respectives. Comme hypothèse, la bande de fréquence en mode TDD est réutilisée dans chaque cellule. Tous les symboles sont propagés de manière asynchrone par les terminaux présents dans les cellules, n'empêchant pas de fait des interactions intra et inter symboles au niveau des stations de base. Ces signaux rencontrent beaucoup d'obstacles sur leur trajet qui entraînent des retards, des pertes de signaux (destructifs), des régénérations de signaux (constructifs) avec divers types de modulation (amplitude, fréquentielle, phase), etc. L’affaiblissement du trajet dans le canal est mis en exergue avec les différentes valeurs prises par le coefficient d'atténuation choisi lors des simulations. Face à cette situation, il a fallu rechercher le meilleur et robuste estimateur de canal à un temps de cohérence donné. La méthode MMSE (Minimum Mean Square Error) est retenue, comparée à d'autres. Pour la performance des systèmes massifs MIMO, nous nous sommes appesantis sur les méthodes de diversité des antennes (diversité d'ordre N), les méthodes de coding, les méthodes d'accès OFDMA et les méthodes d'égalisation pour montrer qu'effectivement le fait d'utiliser de nombreuses antennes au niveau des stations de base améliore et contribue aux gains recherchés en débits. Avec les systèmes massifs MIMO, nous avons montré que l'apport antennaire est bien reconnu dans la gestion des interférences. Un algorithme de calcul de débit à l'Uplink a été réalisé avec trois récepteurs conventionnels que sont le MRC (Maximum Ratio Combiner), le ZF (Zero-Forcing) et le MMSE (Minimum Mean Square Error). Les simulations ont permis de comparer les différentes approches. En faisant varier la puissance de contamination des symboles pilotes, nous observons la convergence des courbes ZF et MMSE. Si le nombre des cellules L augmentent, nous constatons que plus la puissance de contamination des symboles pilotes (pp) est élevée, plus la capacité diminue dans le canal. Après plusieurs itérations, notre algorithme converge vers une asymptote (régime stationnaire et linéaire) où les échantillons à la sortie des détecteurs s’approchent de la séquence de données émises. Le SINR obtenu avec les détecteurs conventionnels permet le calcul des débits respectifs dans le canal avec le théorème de SHANNON.

This thesis made it possible to work on the efficiency of a channel of massive MIMO systems for which it is necessary to determine the throughput at the Uplink of the terminals present in their respective cells. As an assumption, the frequency band in TDD mode is reused in each cell. All symbols are propagated asynchronously by the terminals present in the cells, not effectively preventing intra- and inter-symbol interactions at the base stations. These signals encounter many obstacles on their path that lead to delays, signal losses (destructive), signal regenerations…

Advisors/Committee Members: Pierre%22%29&pagesize-30">Cances, Jean-Pierre (thesis director).

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Dans cette thèse, nous avons envisagé l’utilisation des codes en métrique rang pour des applications de communication sans fil en général, et les réseaux de capteurs en particulier. Après avoir introduit les codes en métrique rang, ces codes, qui ont été proposés dans le contexte de la cryptographie, sont adaptés par la suite pour la correction d’erreurs. Pour cela, une étude est faite sur le comportement de ces familles de codes dans un scénario de transmission sans fil en utilisant le codage réseau. Dans ce contexte, trois types d’erreurs sont considérés : le bruit de fond, les erreurs injectés dans le réseau par un utilisateur malveillant et les effacements qui peuvent être dus aux pannes des nœuds. L’analyse qui a été faite sur la famille des codes Low Rank Parity Check (LRPC) a montré que ces derniers sont plus adaptés aux réseaux de capteurs sans fil par rapport aux codes Gabidulin utilisés dans la littérature. Cette analyse a été généralisée dans le contexte multi-sources et a montré que les codes LRPC sont plus efficaces dans ce contexte. Ces contributions apportent un nouveau souffle à l’utilisation des codes en métrique rang et offrent des perspectives de poursuite intéressantes.

In this thesis, we have considered the rank metric codes for wireless sensor networks. Firstly, we have introduced the rank metric codes. Then, we adapted these codes, which were originally dedicated to cryptography applications, for error correction. To this end, we have studied the behavior of the family of rank metric codes in a wireless communication scenario using network coding. In this context, three types of errors are considered, background noise, errors injected into the network by a malicious user and erasures caused by node failures. Our analysis of the Low Rank Parity Check codes (LRPC) has shown that they are more suited to wireless sensor networks and they perform better than Gabidulin codes used in the literature. This analysis has been generalized in the multisource context and has shown that LRPC codes are more efficient in this context compared to Gabidulin codes. These contributions give a new incentive for the use of rank metric codes and offer interesting perspectives.

Advisors/Committee Members: Pierre%22%29&pagesize-30">Cances, Jean-Pierre (thesis director), Habachi, Oussama (thesis director).

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Cette thèse a pour cadre les transmissions sur les réseaux CPL-BE et les réseaux de capteurs à faible capacité. L'état de l'art classique sur la protection de l'information dans la transmission par réseaux de capteurs fait référence à l'utilisation de codage distribué où les relais implémentent des opérations de parité (mélange des flux) sur les data issues des capteurs. Cependant, il est difficile, de par la nature variable de la qualité des liens en liaisons sans fil, de contrôler la qualité du codeur équivalent construit et de maintenir ses performances au cours du temps. C'est pourquoi nous nous sommes orientés dans cette thèse vers la recherche de schémas de codage différents qui résistent mieux à la variation de qualité des liaisons à travers le réseau. Notre choix s'est porté sur le codage par sous-espace inspiré des travaux de Gabidulin. Le but est de former un code qui utilise une métrique simple et résistante pour sécuriser les transmissions sur le réseau. Les codes à métrique de rang répondent bien à ce besoin car il n'y a qu'à contrôler le rang de la matrice obtenue en réception pour vérifier l'intégrité de la transmission. Les codes à métrique de rang et leur algorithme de décodage ont été étudiés dans un premier temps. Puis, les performances du code LRPC proposé concaténé avec les codes convolutifs sont testées dans des schémas de transmission des contextes différents.

This thesis considers the context of transmissions on CPL-BE networks and low-capacity sensor networks. The state of the art on information protection intransmission by sensor networks refers to the use of distributed coding, where therelays implement parity operations (mixing of streams) on data transmitted by thesensors. However, due to the varying nature of the quality of the wireless links, it is difficult to control the quality of the equivalent encoder constructed and to maintain its performance over time. Therefore, in this thesis, we have focused on the search for different coding schemes that are better resist the variation in the quality of the links across the network. Our choice was based on the sub-space coding inspired by Gabidulin's work. The goal is to form a code that uses a simple and resistant metric to secure transmission across the network. Rank metric codes respond well to this need because it only has to control the rank of the matrix obtained in reception to verify the integrity of the transmission. The rank metric codes and their decoding algorithm were studied in a first step. Then, the performance of the proposed LRPC code concatenated with the convolutional codes is tested in transmission schemes of different contexts.

Advisors/Committee Members: Pierre%22%29&pagesize-30">Cances, Jean-Pierre (thesis director), Meghdadi Neyshabouri, Vahid (thesis director).

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Ce manuscrit traite de la fiabilisation des CPL-BE dans le contexte smart grid avec l’application des techniques de codage correcteur d’erreurs et d’effacements. Après une introduction sur le concept de smart grid, le canal CPL-BE est caractérisé précisément et les modèles qui le décrivent sont présentés. Les performances des codes à métrique rang, simples ou concaténés avec des codes convolutifs, particulièrement intéressants pour combattre le bruit criss-cross sur les réseaux CPL-BE sont simulées et comparées aux performances des codes Reed-Solomon déjà présents dans plusieurs standards. Les codes fontaines qui s’adaptent à n’importe quelles statistiques d’effacements sur le canal CPL sont utilisés et les performances de schémas coopératifs basés sur ces codes fontaines sur des réseaux linéaires multi-sauts sont étudiés. Enfin des algorithmes permettant de combiner le codage réseau et le codage fontaine pour la topologie particulière des réseaux CPL pour les smart grid sont proposés et évalués.

This PhD dissertation deals with the mitigation of the impact of the Narrowband PowerLine communication (NB-PLC) channel impairments e.g., periodic impulsive noise and narrowband noise, by applying the error/erasure correction coding techniques. After an introduction to the concept of smart grid, the NB-PLC channels are characterized precisely and models that describe these channels are presented. The performance of rank metric codes, simple or concatenated with convolutional codes, that are particularly interesting to combat criss-cross errors on the NB-PLC networks are simulated and compared with Reed- Solomon (already present in several NB-PLC standards) codes performance. Fountain codes that can adapt to any channel erasures statistics are used for the NB-PLC networks and the performance of cooperative schemes based on these fountain codes on linear multi-hop networks are studied. Finally, algorithms to combine the network coding and fountain codes for the particular topology of PLC networks for the smart grid are proposed and evaluated.

Advisors/Committee Members: Meghdadi Neyshabouri, Vahid (thesis director), Pierre%22%29&pagesize-30">Cances, Jean-Pierre (thesis director).

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De nos jours, l’architecture du réseau mobile est en pleine évolution pour assurer la montée en débit entre les Centraux (CO) (réseaux coeurs) et différents terminaux comme les mobiles, ordinateurs, tablettes afin de satisfaire les utilisateurs. Pour faire face à ces défis du futur, le réseau C-RAN (Cloud ou Centralized-RAN) est connu comme une solution de la 5G. Dans le contexte C-RAN, toutes les BBUs (Base Band Units) sont centralisées dans le CO, seules les RRH (Remote Radio Head) restent situées à la tête de la station de base (BS). Un nouveau segment entre les BBUs et RRHs apparait nommé « fronthaul ». Il est basé sur des transmissions D-ROF (digital radio-overfiber) et transporte le signal radio numérique à un débit binaire élevé en utilisant le protocole CPRI (Common Public Radio Interface). En prenant en compte le CAPEX et l’OPEX, le projet ANR LAMPION a proposé la technologie RSOA (Reflective Semiconductor Optical Amplifier) auto alimenté afin de rendre la solution plus flexible et s’affranchir d’émetteurs/récepteurs colorés dans le cadre de transmission WDM-PON (Wavelength Division Multiplexing Passive Optical Network). Néanmoins, il est nécessaire d’ajouter un FEC (forward error corrector) dans la transmission pour assurer la qualité de service. Donc l’objectif de cette thèse est de trouver le FEC le plus adéquat à appliquer dans le contexte C-RAN. Nos travaux se sont focalisés sur l’utilisation de codes LDPC, choisis après comparaisons des performances avec les autres types de codes. Nous avons précisé les paramètres (rendement du code, taille de la matrice, cycle, etc.) nécessaires pour les codes LDPC afin d'obtenir les meilleures performances. Les algorithmes LDPC à décisions dures ont été choisis après considération du compromis entre complexités de circuit et performance. Parmi ces algorithmes à décision dures, le GDBF (gradient descent bit-flipping) était la meilleure solution. La prise en compte d’un CAN 2-Bit dans le canal nous a amené à proposer une variante : le BWGDBF (Balanced weighted GDBF). Des optimisations ont également été faites en regard de la convergence de l'algorithme et de la latence. Enfin, nous avons réussi à implémenter notre propre algorithme sur le FPGA Spartan 6 xc6slx16. Plusieurs méthodes ont été proposées pour atteindre une latence de 5 μs souhaitée dans le contexte C-RAN. Cette thèse a été soutenue par le projet ANR LAMPION (Lambada-based Access and Metropolitan Passive Optical networks).

Nowadays, the architecture of the mobile network is in full evolution to ensure the increase in terms of bit rate between the Central (CO) (core networks) and various terminals such as mobiles, computers, tablets in order to satisfy the users. To address these challenges of the future, the C-RAN (Cloud or Centralized-RAN) network is known as a 5G solution. In the C-RAN context, all BBUs (Base Band Units) are centralized in the CO, only the RRH (Remote Radio Head) remain at the head of the base station (BS). A new segment between BBUs and RRHs appears called "fronthaul". It is based on…

Advisors/Committee Members: Aupetit-Berthelemot, Christelle (thesis director), Meghdadi Neyshabouri, Vahid (thesis director), Pierre%22%29&pagesize-30">Cances, Jean-Pierre (thesis director).

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Par la révolution du Cloud Computing et des Smartphones, une quantité énorme de données devrait traverser le réseau chaque seconde où la plupart de ces données sont fournies par des mobiles utilisant des services Internet. La croissance rapide de la bande passante et des demandes de QoS rend les réseaux mobiles du 4ème G insuffisants. Le système de prochaine génération doit avoir un taux de sommation de 100Mbps à 1Gbps par terminal utilisateur (UT), avec une densité de connexion supérieure à 1M connexion / Km2, la mobilité des véhicules à grande vitesse jusqu'à 500 km / h et une fin à la fin (E2E) retardent moins de 10 ms. Un candidat prometteur qui peut répondre à ces demandes est le système sans fil à multiples sorties multiples (MIMO) Multi-Cell Multi-Cell. Cependant, la capacité Massive MIMO est délimitée par l'Inter-cell Interference (ICI) en raison de la réutilisation du pilote et, par conséquent, de la contamination du pilote. Dans cette thèse, nous étudions la contamination du pilote de liaison montante dans le système de formation à la division temporelle (TDD) des réseaux sans fil MIMO massifs. En supposant un canal de décoloration, l'intervalle de cohérence sera temporairement limité, où l'estimation du canal, la réception des symboles et le précodage des symboles doivent être effectués dans le même intervalle. Cela dit, la longueur du pilote de formation est limitée. De même, le nombre de terminaux de l'utilisateur (UT) par zone d'interférence est également limité. Inspiré par la variation de la taille de l'intervalle de cohérence parmi les UT, cette recherche présente deux nouvelles contributions indépendantes pour faire face à la contamination pilote de liaison montante dans le MIMO massif. La première contribution répertorie la région de couverture de la cellule de base (BS) dans une carte d'information d'état de chaîne (CSI). Cette carte est créée et mise à jour à l'aide d'un algorithme spécial d'apprentissage machine, et elle est exploitée pour prédire UT CSI au lieu d'estimer ses canaux. Compte tenu de cela, la formation des pilotes aériens et de liaison montante est considérablement réduite. La deuxième contribution classe les UT en fonction de la taille de leur intervalle de cohérence de canal. En outre, nous appliquons une technique de changement de pilote pour déplacer des pilotes similaires vers différentes positions temporelles (qui sont considérées comme vides en raison de trames TDD pilotes vides). Les résultats de la simulation montrent une augmentation à l'échelle de la performance du MIMO massif, en particulier dans la performance de l'efficacité énergétique et spectrale, UT par cellule et taux d'addition. En particulier, la troisième contribution évolue le MIMO massif multi-cellulaire à une performance de cellule unique et même surmonté un simple énorme conventionnel dans l'efficacité énergétique et UT par cellule.

By the revolution of Cloud Computing and Smartphones, an enormous amount of data should traverse the network every second where most of this data are delivered by mobiles…

Advisors/Committee Members: Pierre%22%29&pagesize-30">Cances, Jean-Pierre (thesis director), Meghdadi Neyshabouri, Vahid (thesis director), Jaber, Ali (thesis director).

▼ L'Internet des objets (IoT, pour Internet of Things, en anglais) ouvre la porte vers la réalisation de nouvelles applications, telles que les compteurs intelligents et le suivi environnemental, destinées à adresser nos défis sociétaux et écologiques actuels et futurs. Les objets, possiblement mobiles ou distants, nécessitent une connectivité sans fil pour la centralisation des données et le contrôle à distance. Les réseaux longue portée et basse consommation (LPWA, pour Low Power Wide Area, en anglais) offrent des transmissions radio bande étroite avec une couverture à l’échelle typique d’une ville, tout en respectant les contraintes de consommation énergétique bas coût des objets. Intégrer la possibilité de localiser ces objets ajouterait de la valeur à leurs données et permettrait leur suivi géographique. Voilà pourquoi c'est un domaine de recherche très actif actuellement. L'utilisation du temps de propagation des signaux radio de communication, sans intégration supplémentaire de modules matériels dédiés à la localisation, est une approche très intéressante pour la complexité, la consommation et le coût des objets. Néanmoins la radio localisation dans les réseaux LPWA pose des défis liés d'une part aux transmissions à bande étroite qui n'offrent pas une résolution temporelle suffisante et d'autre part aux canaux de propagation qui peuvent introduire des biais sur les estimées de position. Cette thèse adresse ces défis en étudiant un système de mesure multicanaux de distance pour les réseaux LPWA. La combinaison cohérente des signaux bande étroite transmis séquentiellement sur des canaux différents améliore la précision d’estimation des temps de propagation et permet de résoudre en partie les multi-trajets pour une meilleure précision de localisation. Cette technique basée sur les signaux à bande instantanée étroite conserve la capacité longue portée des transmissions et reste compatible avec les réseaux LPWA. Un modèle détaillé prenant en compte les imperfections matérielles ainsi que les besoins protocolaires pour la synchronisation en temps, fréquence et phase est développé. Basé sur ce modèle, les variantes des architectures des émetteurs-récepteurs radios et leurs impacts sur la cohérence de phase pour l’estimation multicanaux de distance sont discutés. Les limites théoriques de précision sont dérivées pour la propagation en espace libre et dans des canaux de propagation multi-trajets, illustrant l’amélioration de précision possible entre l'approche multicanaux et l'approche monocanal pour l'estimation de distance. Des estimateurs de distance sont développés et appliqués aux signaux radio simulés afin de montrer que leurs performances atteignent les limites théoriques. Ces résultats de simulation sont validés avec des expérimentations menées avec un démonstrateur implémenté avec une radio logicielle (SDR, pour Software Defined Radio, en anglais). Les tests terrains réalisés en environnement urbain permettent de confirmer l'apport d'un système d'estimation multicanaux de distance, en combinaison avec du… Advisors/Committee Members: Pierre%22%29&pagesize-30">Cances, Jean-Pierre (thesis director), Meghdadi Neyshabouri, Vahid (thesis director), Rivaz, Sebastien de (thesis director).

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Les systèmes de communication FSO sont des candidats potentiels pour de solutions de transmission spatiale à large bande. C’est pourquoi la présente thèse s’inscrit dans une contribution d’une nouvelle architecture de réseau FSO dans le cas d’une liaison de communication entre un satellite géostationnaire et une station terrienne. Elle traite aussi de l’influence de l’angle zénithal sur la qualité de la liaison optique en raison de la variation de la scintillation due à la complexité de l’atmosphère. Nous avons établi un nouveau canal de communication tenant compte de la subdivision de l’atmosphère en deux grandes zones de turbulence. Pour améliorer la performance de la liaison, nous avons d’abord placé un relais AF optiques ente le satellite et la station terrienne, ensuite nous avons introduit un paramètre construit `a partir de valeurs : p et 1-p. Le paramètre p correspond au ratio de la distance entre la station terrienne et le relais sur la distance de 36 000 Km correspondant a` l’orbite GEO. Dans notre cas, le relais est placé a 1000 Km a l’exosphère, le paramètre p = 1/36 et enfin la technique de diversité spatiale est appliquée en réception. Les résultats de simulation ont confirmé que les architectures des systèmes proposés sont meilleures que les performances de liaisons optiques directes.

Free space optical systems are potential candidates of large band spatial transmission solutions. In this thesis, FSO network architecture in the case of geo- stationary satellite to earth communication link is investigated and the influence of zenith angle on the quality of the link has been evaluated. Because of the variation of scintillation due to the complexity of the atmosphere, the optical space to earth communication link channel model has been developped. In order to overcome the main limitations of the prop- agation, optical relays with low earth orbit satellites and spatial diversity on earth could improve the link performance. To improve the link performance, an aggregated simulation model turbulence has been built based on parameters ”p” and ”1-p” introduced in the combined model a↵ecting the considered channels. The parameter ” p ” corresponds to the ratio of the distance from the earth to the relay over the total distance of 36 000Km. In the case of 1000 Km for a relay in the exosphere, p = 1/36. Simulation results show that the proposed network system architecture has outperformed the direct link performance

Advisors/Committee Members: Aupetit-Berthelemot, Christelle (thesis director), Pierre%22%29&pagesize-30">Cances, Jean-Pierre (thesis director).