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Centre / Énergie Matériaux Télécommunications

Programme

DOCTORAT EN TÉLÉCOMMUNICATIONS3670

Responsables

Douglas O'Shaughnessy, professeur-chercheur au Centre – Énergie Matériaux élécommunications

Grade

Philosophiae doctor, Ph.D.

Objectifs

Ce programme d’études a pour but de former des chercheurs en ingénierie des systèmes de télécommunications. À cette fin, l’accent sera placé sur : une connaissance des outils nécessaires en mathématiques, en génie électrique et en informatique pour mener à bien la recherche; l’aptitude à identifier un sujet de recherche et à planifier un projet; l’acquisition de connaissances propres au domaine de spécialisation et, une compréhension des besoins reliés à l’industrie des télécommunications.

En ce qui concerne le sujet de thèse, celui-ci devra s’intégrer à l’une des orientations du programme de recherches que le Centre poursuivra à ce moment.

DOCTORAT EN TÉLÉCOMMUNICATIONS (3670)

Conditions d'admissions

Le candidat doit être titulaire d’une maîtrise ou l’équivalent en télécommunications ou dans une discipline telle que le génie électrique ou l’informatique, ou dans tout autre domaine pertinent; ou être titulaire d’un grade de bachelier, ou l’équivalent, et posséder les connaissances requises et une formation appropriée. De plus, il doit y avoir adéquation entre la formation antérieure du candidat et celle requise pour entreprendre des études dans le programme d’enseignement visé.

Le candidat doit démontrer que ses orientations de recherche sont conformes aux objectifs des programmes de recherche qui supportent le programme d’enseignement visé.

Le candidat doit posséder un dossier académique de haute qualité, dont de très bons résultats scolaires d’au moins 3,2 (sur 4,3) ou l’équivalent.

Le candidat doit avoir choisi un directeur de recherche et obtenu l’acceptation motivée de celui-ci.

Tout candidat doit avoir une connaissance suffisante de la langue française parlée et écrite.

Ce programme de recherche comporte quatre-vingt-dix crédits. Ce programme accepte les étudiants selon les deux régimes d’études, soit le temps complet ou le temps partiel.

L’INRS admet de nouveaux étudiants à ce programme en vue d’une première inscription à l’une ou l’autre des trois trimestres.

Liste des activités

Liste des activités
Les activités entre parenthèses sont préalables.

Douze crédits parmi les activités suivantes :

  • TEL100Traitement des signaux numériques ( 3 cr.)
    • Théorie des systèmes échantillonnés linéaires; techniques de synthèse des filtres numériques, étude des effets de quantification dans les filtres numériques; transformation rapide de Fourrier et algorithmes FFT, techniques de convolution et de corrélation rapides; applications au traitement des signaux de la parole et des signaux vidéo.
  • TEL101Processus stochastiques pour le traitement des signaux (3 cr.)
    • Modélisation et analyse des suites temporelles aléatoires du type que l’on rencontre dans la recherche en traitement du signal. Révision de la théorie élémentaire de la probabilité. Processus stochastiques (temps continu, temps discret). Le calculus des processus à deuxième ordre, l’analyse harmonique, le filtrage de Wiener et de Kalman, processus ARMA, le mouvement brownien, éléments de la théorie d’estimation et d’autres matières en fonction du temps disponible.
  • TEL102Télécommunications numériques (3 cr.)
    • Conception des systèmes cohérents et interférence intersymboles : traitement du signal (codes de mise en forme spectrale), récepteur PAM (filtre adapté, égalisation, estimation des séquences par le maximum de vraisemblance). Systèmes non cohérents : PSK différentiel, FSK, OOK. Synchronisation et phase, brouilleurs. Contrôle d’erreur et ARQ.
  • TEL110Systèmes à événements discrets et déterministes (3 cr.)
    • Définitions et notations de systèmes de transitions finis; systèmes simples, étiquetés, et paramétrés; chemins et expressions rationnelles (régulières); automates de Moore et Mealy; exemples. Langages réguliers, omega-réguliers et automates; conditions d’acceptance; mots finis et infinis; expressions et ensembles réguliers; propriétés de fermeture; minimisation des automates; mots infinis et automates de Buchi. Systèmes d’automates communicants; modèles d’automates parallèles; produit synchronisé; modèles de comportement concurrent; communication synchrone et asynchrone. Propriétés, les logiques; introduction à la logique propositionnelle, la logique temporelle linéaire, la logique temporelle arborescente, CCS, CTL et CTL; pouvoir expressif des logiques; les algèbres correspondantes. La vérification des propriétés, les logiques et algèbres correspondantes; les opérateurs fondamentaux et les ordres partiels, fonctions monotones et points fixes, les composantes fortement connexes et l’équité, homomorphismes de systèmes et d’indiscernabilité, des formes variées d’équivalence; bisimulation, l’équivalence des traces et l’équivalence observationnelle.

      Préalable(s) : TEL121 Modèles formels et techniques de vérification (3 cr.).
  • TEL111Automates, langages et modélisation des systèmes à états finis (3 cr.)
    • Les systèmes d’événements, discrets et déterministes, sont au sein de la modélisation des systèmes et réseaux de télécommunications. Dans ce cours, seront introduits les mathématiques, logique et algèbre, des systèmes finis de transitions pour expliquer leurs comportements, sémantiques et autres propriétés. Les thèmes : exemple des systèmes de transitions concurrents; composition des systèmes; les logiques : " propositional ", temporelle linéaire et augmentations; la vérification des propriétés; points fixes, sémantiques et notions d’équivalences.
  • TEL120Principes d’informatique (3 cr.)
    • Introduction à UNIX et à ses composantes. L’environnement de travail et son uniformité; notion de paradigme. Les outils de travail classiques : éditeurs, gestionnaires de projets (" makefile"), d’archives et de révision (" rcs "). Rappels mathématiques sur les langages réguliers et les machines à états finis et à pile. Notions de complexité et de calculabilité. Introduction aux langages de programmation. Notion de type et les différents types d’abstraction. Bases en C++ et Caml. Écriture de programmes : conception, modularité, bibliothèques, documentation, robustesse, traitement des erreurs, débogage, test. Types de données abstraits et structures de données. Conception, analyse et implantation. Programmation concurrente et calculs dans un environnement réparti. Le calcul en virgule flottante : les problèmes classiques. Illustration par quelques algorithmes numériques classiques.
  • TEL121Modèles formels et techniques de vérification (3 cr.)
    • Introduction aux bases mathématiques : logique des propositions, logique des prédicats, éléments de preuves; théorie des ensembles, relations et fonctions. Éléments de base de l’utilisation de techniques formelles; types de données abstraits, approches axiomatique, basée sur les modèles et algébrique. Problèmes de cohérence, de modularité et de complétude. Le langage formel Z : origines, définition, syntaxe, mise en œuvre. Z comme langage de spécification de types et vérification; outillage. Diverses utilisations de Z : documentation de conceptions, spécification, application aux standards. Rappels de la théorie des automates, machines à états finis, étendues communicantes, réseaux de Petri. Étude des propriétés simples des systèmes de transition. Notions de systèmes réactifs. Le langage SDL : origines, évolution, définition, domaine d’utilisation et outillage. Modélisation et mise en oeuvre des outils. Cas d’études de l’utilisation de techniques formelles.
  • TEL122Étude de performance (3 cr.)
    • Rappels théoriques de stochastique. Modèle de Markov à temps continu et discret, processus de vie et de mort. Caractérisation des files d’attente et modélisation des services : différentes lois, leurs propriétés, leur utilité et les limites d’utilisation. Modèles de réseaux de file d’attente pour des systèmes en équilibre; variations sur le modèle M/M. Applications des chaînes de Markov. Autres modèles de files d’attente et leur étude : modèles M/G et G/M. Principes de l’ordonnancement; étude de diverses solutions et de leurs limites. Outils de simulation et de calcul.
  • TEL130Optimisation (3 cr.)
    • Introduction à la programmation mathématique. Programmation linéaire (méthode du simplexe, dualité). Réseaux (algorithme du flot maximum, flots de coût minimum, multiflot). Programmation non linéaire (avec ou sans contraintes), programmation quadratique et géométrique, problèmes combinatoires. Programmation dynamique.
  • TEL200Traitement des signaux numériques II (3 cr.)
    • Sujets d’actualité en traitement des signaux : filtres en réseau, filtrage adaptatif, filtres multidimensionnels, changement de fréquence d’échantillonnage.

      Préalable(s) : TEL100 Traitement des signaux numériques (3 cr.); TEL101 Processus stochastiques pour le traitement des signaux (3 cr.).
  • TEL201Le codage de source (3 cr.)
    • Compression sans perte : sources discrètes, codage réversible, entropie, codes binaires, code de Huffman, codage par plages (" runlength coding ") codage arithmétique, codage Lempel-Ziv; sources continues : sources en temps discret avec amplitude continue, critères de distorsion, fonctions de distorsion-débit, les bornes sur la performance; la quantification scalaire : définitions, optimisation de quantificateurs avec contraintes sur l’alphabet ou sur l’entropie, résultats asymptotiques, quantification adaptative; quantification vectorielle : formulation, optimisation de quantificateurs avec contraintes sur l’alphabet ou sur l’entropie, les cas spéciaux; codage prédictif : théorie de prédiction, codage différentiel (DPCM), conception et analyse du système, utilisation avec quantification vectorielle; codage par transformées : transformées par blocs, allocation de bits et quantification, optimisation et analyse du système; codage sous-bande : décompositions en sous-bandes, ondelettes, allocation de bits et quantification, optimisation et analyse du système.

      Préalable(s) : TEL100 Traitement des signaux numériques (3 cr.); TEL101 Processus stochastiques pour le traitement des signaux (3 cr.).
  • TEL202Théorie statistique des télécommunications (3 cr.)
    • Principes généraux : descriptions de la source et du canal, systèmes de communications envisagés comme un problème de géométrie. Numérisation de la source : compromis entre l’entropie et le taux de distorsion, codes pour les sources sans pertes (codes Huffman, " run-length "), échantillonnage et quantification des sources (quantification optimale et adaptive). Codage du canal : récepteurs cohérents optimaux, évaluation de la qualité, capacité du canal, le cas du canal incohérent. Modulation : effet de seuil, raison de la modulation non linéaire, RSB en fonction de la probabilité des anomalies, PPM et RM. Comparaison des systèmes analogiques et numériques.
  • TEL203Théorie de l’information (3 cr.)
    • Description du problème de communication, les concepts de codage par blocs et le codage à longueur variable, le rôle du délai. Codage du canal, les fonctions d’information mutuelle et d’entropie, codage aléatoire, capacité du canal sans mémoire, le canal " feed-back ". Codage de la source, la fonction taux-distorsion pour les sources sans mémoire, les théorèmes de codage; le théorème principal de la théorie de l’information; les systèmes idéaux; comparaisons de la théorie à la pratique.
  • TEL204Théorie de l’estimation (3 cr.)
    • Propriétés des estimateurs; régression linéaire; processus d’innovation; application au filtrage linéaire optimal pour les processus continus et discrets; lissage et prédiction; propriétés des filtres de Kalman; contrôle stochastique optimal des systèmes linéaires; le principe de séparation, contrôle à variance minimum; estimation et contrôle des systèmes discrets linéaires décrits par les modèles ARMA; contrôle stochastique des systèmes non linéaires.
  • TEL205Codage pour le contrôle des erreurs (3 cr.)
    • Base mathématique pour le codage, correction et détection d’erreurs, codage par blocs, codage convolutif.
  • TEL206Commande des systèmes stochastiques (3 cr.)
    • Processus de décision semi-markoviens, programmation dynamique avec et sans taux d’actualisation, optimalité des politiques stationnaires, propriétés de l’équation fonctionnelle d’optimalité, l’index de Gittens, applications à l’ordonnancement, à l’échantillonnage et aux opérations de recherche. Processus de décision avec apprentissage : automates, convergence, optimalité; applications à la commande des flots et à l’ordonnancement.
  • TEL220Fondements de l’algèbre et de la logique (3 cr.)
    • Théorie des ensembles, relations, logique de base, structures algébriques et algèbre universelle. Groupes et théorèmes de Sylow. Anneaux, modules et leur théorie de décomposition, corps commutatifs, ordres partiels, treillis et théorèmes de Tarski et de Scott-de-Baker. Calcul des propositions, calcul des prédicats de premier ordre, raisonnement formel. Le théorème de résolution de Robinson. Codage et erreurs, transformations de Fourrier et les groupes. Sémantique mathématique des langages de programmation. Raisonnement artificiel, programmation logique, langage PROLOG. Théorie élémentaire de la complexité.

      Préalable(s) : TEL121 Modèles formels et techniques de vérification (3 cr.).
  • TEL221Protocoles de communications (3 cr.)
    • Introduction aux concepts généraux des réseaux. Principe de la commutation, de la connexion et du routage. Notion de service, de qualité de service, de protocole et d’interface (APIs). Principe d’architecture, modèles OSI et IETF. Les éléments fonctionnels d’un protocole et leur place dans une architecture. Couches de haut niveau et de bas niveau. Les éléments de session et présentation. Exemples d’application, principes du modèle client/serveur et applications réparties. Problématique du multimédia. Introduction aux différents mécanismes de transport. Étude de l’accès aux réseaux, des réseaux à relayage de trame, des réseaux à commutation de cellule. Principes des réseaux locaux et les différents standards les plus populaires. Les standards de fait dans la micro informatique. Évolution vers les réseaux informatiques à longue distance et les réseaux à haut débit. Les réseaux téléphoniques. La signalisation, les services et le principe des réseaux dits intelligents (Q.1200). L’évolution vers les communications personnelles et leurs problèmes spécifiques. Gestion de réseaux et problèmes particuliers : ponts, routeurs et passerelles.
  • TEL222Ingénierie des systèmes répartis (3 cr.)
    • Ce cours permettra à l'étudiant d'apprendre à concevoir des systèmes répartis répondant à des exigences données sur la base de concepts et d'approches connus et éprouvés. Présentation de la problématique du travail en environnement réparti : l'incertitude dans l'espace et dans le temps. Étude de problèmes classiques divers et de leurs solutions : localisation, dénomination, authentification, fiabilité, sécurité, horloge commune, contraintes temporelles, performance. Mise en oeuvre de solutions réparties : modèles clients-serveurs, mémoire répartie, diffusion, transactions. Quelques notions d'algorithmique répartie : présentation d'un langage formel et étude de quelques cas généraux, tels les algorithmes d'élection, de calcul d'état global cohérent, de propriété stable et autres. Études de cas : norme ODP, CORBA, systèmes de fichiers répartis, services de pages blanches et jaunes, SAP. Projet. Une très bonne connaissance de l'informatique et de la programmation est requise.
  • TEL223Conception orientée objet (3 cr.)
    • Le développement de logiciel procède par plusieurs étapes d’analyses et de conception, d’implantation, de test et de maintenance. Ce cours prend une approche orientée objet, rappelle les principes du génie logiciel en général et étudie différentes techniques de conception. Le lien avec l’analyse et l’implantation est également traité. On voit aussi comment matérialiser les bénéfices de la réutilisation grâce aux schémas et aux bibliothèques. Des problèmes particuliers, comme la formalisation de concepts OO, les extensions au temps réel, les métriques et la gestion sont également abordés. L’évaluation du cours est principalement basée sur la réalisation d’un projet.
  • TEL224Conception de protocoles (3 cr.)
    • Rappels sur les modèles de référence OSI, sur l’historique des télécommunications, sur l’évolution des protocoles. Définition d’un protocole et de ses éléments. Outils et théorie de la validation des protocoles, langages standardisés, l’outil SPIN et son langage PROMELA. Les éléments classiques des protocoles de bas niveau : tampons, temporisateurs, numérotation, multiplexage, fragmentation. Gestion du contrôle du flux et optimisation de l’utilisation de la bande passante; fenêtres coulissantes. Problème du routage et extension aux algorithmes répartis. Cas d’étude : HDLC et ses variantes, couche transport. Problèmes des protocoles de haut niveau : conversion de représentation, modélisation et transfert de données. Utilisation de Z dans les couches de haut niveau, illustration avec X.900 (ODP). Problèmes particuliers du temps réel. Techniques d’implantation des protocoles.
  • TEL225Architecture de systèmes (3 cr.)
    • Approche de la réalisation de systèmes de manière constructive, à différents niveaux de granularité : objets, schémas (patterns), structures (frameworks) et principes architecturaux. Exemples de schémas et de leur utilisation. Documentation et réalisation. Étude de différents principes architecturaux, de leurs propriétés et de leur utilisation : le modèle client-serveur; la mémoire partagée et ses différentes instances (tableaux noirs, mémoire répartie); le modèle en couches; le pipeline et le calcul synchrone; les flots et la demande de données. Expression de la composition et de l’interconnexion. Problèmes particuliers des interfaces. Les APIs. Notion de plateforme, extension aux plateformes réparties ouvertes. Utilisation de méthodes formelles pour la documentation d’architectures et la spécification de langages d’interconnexion.
  • TEL226Logiciels des systèmes de communication (3 cr.)
    • Principes des logiciels réactifs. Représentation et manipulation d’événements. Modèles conceptuels et implantation, programmation de contraintes temporelles. Méthodes et outils de vérification. Parallélisme et traitement réparti.
  • TEL230Architecture des réseaux de télécommunications (3 cr.)
    • Introduction à la science des réseaux modernes, avec l’accent sur des aspects conceptuels et théoriques de l’étude des réseaux à large bande de services intégrés et des systèmes de communications personnelles. Présentation des thèmes et des conclusions principales de la recherche récente à l’aide de modèles analytiques simples. La table des matières : survol technologique, normes récentes, éléments de la modélisation et de l’analyse de la performance, problèmes de contrôle dans les réseaux à large bande, architecture des commutateurs à très grande vitesse, systèmes optiques, réseaux locaux, introduction à l’accès sans fil.

      Préalable(s) : TEL122 Étude de performance (3 cr.); TEL130 Optimisation (3 cr.).
  • TEL231Conception des réseaux de télécommunications (3 cr.)
    • Problèmes dans la planification et la gestion des réseaux modernes, avec l’accent sur des techniques de calcul et d’optimisation applicables aux situations réalistes. Théorie économique, prévision de la demande. Planification topologique : affectation de terminaux, topologies en étoile et en arbre dans les réseaux d’abonnés, topologie des réseaux de transport. Réseaux de transmission; problème statique, dynamique; sécurisation des réseaux, modularité; réseaux de brasseurs-multiplexeurs. Réseaux commutés : acheminement et dimensionnement des réseaux monoservice à commutation de paquets et de circuits; réseaux multiservices à commutation de circuits multidébits; réseaux multiservices MTA.

      Préalable(s) : TEL122 Étude de performance (3 cr.); TEL130 Optimisation (3 cr.).
  • TEL232Simulation stochastique (3 cr.)
    • Introduction à la simulation stochastique. Génération des nombres pseudo-aléatoires. Génération des variables aléatoires discrètes et continues. Simulation des systèmes stochastiques. Analyse des estimateurs, leur biais et variance. Méthodes de réduction de la variance. Validation statistique. Matières avancées au choix : simulation de files d’attente et estimation de gradient par perturbation de trajectoire et par perturbation de mesure; simulation des modèles de Gibbs par algorithme de Metropolis, etc.

      Préalable(s) : TEL101 Processus stochastiques pour le traitement des signaux (3 cr.); TEL122 Étude de performance (3 cr.).
  • TEL233Systèmes de commutation (3 cr.)
    • Problèmes de multiplexage : modèle unifié de l’analyse du retard; points clés dans la conception des protocoles; compromis entre le retard et le coût de gestion. Synchronisation : hiérarchie de synchronisation (au niveau du bit, de la trame et du réseau), modèles des stratégies de retramage; synchronisation de fréquence des horloges distribuées. Commutation de circuits numériques : nombre de points de connexions pour un multiplexage spatial; économies dues au bloquage et au réarrangement; méthodes de multiplexage temporel; circuits de portes et de décaleurs d’impulsions; décaleurs d’impulsions à accès partiel; analyse du bloquage. Architecture d’un commutateur numérique : vue sommaire du traitement en parallèle; évaluation combinatoire des algorithmes de tris; application à la conception d’un commutateur.
  • TEL240Communications des images (3 cr.)
    • Définition d’un système de communication et d’une image; transformée et séries de Fourrier M-D; échantillonnage M-D; radiométrie et photométrie; propriétés du système visuel humain; colorimétrie; systèmes d’acquisition et d’affichage d’images; modèles de l’information visuelle; quantification; codage prédictif; codage par transformée; codage en sous-bandes; codage vidéo " classique " et codage basé modèle-région; codage intraimage et interimage; estimation du mouvement et de la disparité stéréo; codage du vidéo stéréoscopique (TV 3D); exemples du codage numérique (JPEG, H-261, MPEG-1, MPEG-2, MPEG-4).
  • TEL241Reconnaissance des formes (3 cr.)
    • Base mathématique pour la reconnaissance des formes, méthodes syntaxiques et statistiques, applications en reconnaissance de la parole et reconnaissance de caractères.
  • TEL250Communications verbales (3 cr.)
    • Reproduction de la parole humaine : descriptions acoustiques et de l’articulation; modèles de production de la parole; perception de la parole; traitement numérique du signal de parole; " vocoders " (formant, à prédiction linéaire, cepstral); reconnaissance automatique de la parole par ordinateur; synthèse de la parole basée sur l’application de règles; reconnaissance-vérification du parleur.

      Préalable(s) : TEL100 Traitement des signaux numériques (3 cr.).
  • TEL260Radio communications mobiles (3 cr.)
    • Caractéristiques de propagation du canal radio-mobile. Variations à grande et petite échelles. Modulations analogiques et numériques en radiomobile. Interférences. Diversité. Égalisation. Codage de canal. Principe des systèmes mobiles, cellulaires, portatifs, communications personnelles.

      Préalable(s) : TEL101 Processus stochastiques pour le traitement des signaux (3 cr.); TEL102 Télécommunications numériques (3 cr.).
  • TEL261Techniques radiofréquences (3 cr.)
    • Éléments rayonnants. Sources ponctuelles et demi-ondes. Ouvertures et grandes antennes. Effets mutuels. Antennes large bande et indépendantes de la fréquence. Mesures des caractéristiques. Méthodes numériques et hautes fréquences. Méthodes des éléments et différences finis. Méthodes des moments. Analyse spectrale. Prétraitement. Prédication linéaire. Maximum de vraisemblance. Estimation de signaux multiples.

      Préalable(s) : TEL102 Télécommunications numériques (3 cr.).
  • TEL262Circuits actifs et systèmes micro-ondes (3 crédits)
    • A venir
  • TEL300Problèmes spéciaux I (3 cr.)
    • Problèmes spéciaux I (3 cr.)
  • TEL301Problèmes spéciaux II (3 cr.)
    • Problèmes spéciaux II (3 cr.)
  • TEL302Problèmes spéciaux III (3 cr.)
    • Problèmes spéciaux III (3 cr.)
  • TEL303Séminaire sur les télécommunications (3 cr.)
    • Séminaire sur les télécommunications (3 cr.)
  • TEL350Lectures dirigées I (1 cr.)
    • Lectures dirigées I (1 cr.)
  • TEL351Lectures dirigées II (2 cr.)
    • Lectures dirigées II (2 cr.)
  • TEL352Lectures dirigées III (3 cr.)
    • Lectures dirigées III (3 cr.)

Dix crédits parmi les activités suivantes :

  • TEL400Examen de synthèse (4 cr.)
    • Cet examen assure que le candidat démontre une compétence, tant sur son sujet de thèse que dépassant le cadre de celui-ci. L’examen portera sur deux sujets de son champ de spécialisation, plus deux sujets extraits de chacun de deux domaines parmi les mathématiques, l’informatique et le génie électrique. De tels sujets seront choisis à partir d’une liste approuvée par le Centre.
  • TEL500Examen doctoral (6 cr.)
    • L’objectif principal de l’examen doctoral est de vérifier d’une part, si le projet de recherche de l’étudiant a été suffisamment bien défini et, d’autre part, si l’étudiant a la préparation suffisante pour mener à bien son projet. Il pourra, par la même occasion, tirer profit de recommandations susceptibles de favoriser la progression de ses travaux. Il est invité à présenter par écrit et à défendre oralement devant jury sa problématique de recherche.

Thèse :
THÈSE (68 cr.)