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The increasing demand of higher data rates in datacenters has led tonew emerging standards (100 - 400G Ethernet and others) in wireline communications. These standards will favor more sophisticated encodings that use less frequency bandwidth. As speed requirements become more stringent, pure analog architectures can not meet them. So, a natural shift towards mixed-signal architectures is expected.This thesis proposes the design of an ADC-based receiver architecture. It uses a design methodology to define and validate the requirements and specifications for silicon-based wireline receivers that comply with >100Gb/s operation over transmission channels with high losses (>20dB). A prototype in 22nm CMOS FDSOI technology is proposed as proof of concept., La demande croissante de débits de données plus élevés dans les centres de données a conduit à de nouveaux protocoles émergents (100 - 400G Ethernet et autres) dans les communications filaires.Ces protocoles favoriseront des encodages plus sophistiqués utilisant moins de bande passante de fréquence. Les exigences de vitesse devenant plus strictes, les architectures analogiques pures ne peuvent y répondre. Ainsi, un virage naturel vers des architectures à signaux mixtes est attendu.Cette thèse propose la conception d'une architecture de récepteur basée sur un Convertisseur Analogique-Numérique (CAN). Il utilise une méthodologie de conception pour définir et valider les exigences et les spécifications des récepteurs filaires à base de silicium qui sont conformes à un fonctionnement supérieur à >100Gb/s sur des canaux de transmission avec des pertes élevées (>20dB).Un prototype en technologie 22nm CMOS FDSOI est proposé comme preuve de concept.

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 (constructive) with various types of modulation (amplitude, frequency, phase), etc. The path loss in the channel is highlighted with the different values taken by the attenuation coefficient chosen during the simulations. Faced with this situation, it was necessary to look for the best and most robust channel estimator at a given consistency time. The MMSE (Minimum Mean Square Error) method is used, compared to others. For the performance of massive MIMO systems, we have focused on antenna diversity methods (N-order diversity), coding methods, OFDMA access methods and equalization methods to show that effectively using multiple antennas at base stations improves and contributes to the desired rate gains. With massive MIMO systems, we have shown that antennar contribution is well recognized in interference management. An algorithm for calculating the flow rate at the Uplink was developed using three conventional receivers: the MRC (Maximum Ratio Combiner), the ZF (Zero-Forcing) and the MMSE (Minimum Mean Square Error). The simulations made it possible to compare the different approaches. By varying the contamination power of the pilot symbols, we observe the convergence of the ZF and MMSE curves. If the number of L cells increases, we find that the higher the contamination power of the pilot symbols (pp), the lower the capacity in the channel. After several iterations, our algorithm converges to an asymptote (stationary and linear regime) where the samples at the detector output approach the transmitted data sequence. The SINR obtained with conventional detectors allows the calculation of the respective flows in the channel with the SHANNON theorem.; 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.

Si les drones militaires connaissent un développement important depuis une quinzaine d’année, suivi depuis quelques années par les drones civiles dont les usages ne font que se multiplier, en réalité les drones ont un siècle avec le premier vol d’un avion équipé d’un système de pilotage automatique sur une centaine de kilomètre en 1918. La question des règles d’usage des drones civiles sont en cours de développement malgré leur multiplication pour des usages allant de l’agriculture, à l’observation en passant par la livraison de colis. Ainsi, leur intégration dans l’espace aérien reste un enjeu important, ainsi que les standards de communication avec ces drones dans laquelle s’inscrit cette thèse. Cette thèse vise en effet à étudier et proposer des solutions pour les liens de communications des drones par satellite.L’intégration de ce lien de communication permet d’assurer la fiabilité des communications et particulièrement du lien de Commande et Contrôle partout dans le monde, en s’affranchissant des contraintes d’un réseau terrestre (comme les zones blanches). En raison de la rareté des ressources fréquentielles déjà allouées pour les futurs systèmes intégrant des drones, l’efficacité spectrale devient un paramètre important pour leur déploiement à grande échelle et le contexte spatiale demande l’utilisation d’un système de communication robuste aux non-linéarités. Les Modulations à Phase Continue permettent de répondre à ces problématiques. Cependant, ces dernières sont des modulations non-linéaire à mémoire entraînant une augmentation de la complexité des récepteurs. Du fait de la présence d’un canal multi-trajet (canal aéronautique par satellite), le principal objectif de cette thèse est de proposer des algorithmes d’égalisation (dans le domaine fréquentiel pour réduire leur complexité) et de synchronisation pour CPM adaptés à ce concept tout en essayant de proposer une complexité calculatoire raisonnable. Dans un premier temps, nous avons considéré uniquement des canaux sélectifs en fréquence et avons étudier les différents égaliseurs de la littérature. En étudiant leur similitudes et différences, nous avons pu développer un égaliseur dans le domaine fréquentiel qui proposant les mêmes performances a une complexité moindre. Nous proposons également des méthodes d’estimation canal et une méthode d’estimation conjointe du canal et de la fréquence porteuse. Dans un second temps nous avons montré comment étendre ces méthodes à des canaux sélectifs en temps et fréquence permettant ainsi de conserver une complexité calculatoire raisonnable.

The increasing demand of user’s requirements is one of the main reasons in technical progress and development of modern wireless communication systems. Thus, since 2G and beyond, there have been many changes, especially, the switch from the mono carrier to the multi-carrier (MC), introduced for the Down-Link (DL) 4G transmission. Indeed, the predo- minant idea behind introducing MC waveforms (WF) is to get rid of the propagation channel effects, by relaxing the equalization process through the transmission of the data symbols over flat fading sub-channels or sub-carriers. Furthermore, the widely adopted MC WF is the ortho- gonal frequency division multiplexing (OFDM), which became very popular and widely used in many wireless standards like long term evolution (LTE)- Advanced (LTE-A) andWi-Fi. The standardization of OFDM, for these applications and also for some others, is related to the ad- vantages shown by this MC WF. One of these advantages is its simple implementation through the use of the inverse fast Fourier transform (IFFT) at the transmitter side, and a FFT at the receiver side. Also, OFDM introduces a cyclic prefix (CP), making the transmission free from inter-symbol-interference (ISI).Despite the large success of the OFDM WF, this technique suffers from the loss of spec- tral efficiency due to the use of the CP. Besides, it suffers from bad frequency localization due the use of a rectangular prototype filter. These OFDM drawbacks, have motivated researchers to design new MC WF, with better frequency domain localization, better robustness to user’s synchronism, while keeping moderate implementation complexity. In this context, high num- ber of post-OFDM MC WF have been proposed and implemented to meet 5G scenarios and requirements in a flexible manner.Therefore, the offset-quadratureamplitudemodulation-based filter-bankmulti-carrier(FBMC- OQAM) has been proposed as an alternative to overcome some drawbacks of the OFDM WF. Indeed, FBMC-OQAM is characterized by owning one of the best frequency localiza- tion among all the post-OFDM WFs, thanks to its prototype filter (Phydyas), providing then the best performance in supporting asynchronous and mixed numerologies transmissions. Be- sides, it offers high spectrum efficiency since it avoids the use of CP and large guard bands. Furthermore, the orthogonality in real domain is guaranteed thanks to the use of the OQAM modulation. However, this orthogonality is lost under frequency selective channels which re- quires advanced equalization techniques.In this context, the main objective of this thesis is to study different types of equalization applied on FBMC-OQAM system. Since the modulation used in the FBMC-OQAM system can be seen as the transmission of two M−PAM modulations over one single carrier and since the widely linear processing outperforms the classical one for M−PAM modulation, we will focus on the advantages of using the widely linear processing over FBMC-OQAM system. Ad- ditionally, and based on the cyclo-stationarity of the FBMC-OQAM signal, we have proposed an advanced equalization structure based on FRESH processing that have been applied in to a FBMC-OQAM system using different numerologies., Parmi les principales raisons qui ont aboutit au progrès technique et au développement des systèmes de communication sans fils modernes, on trouve la forte demande des besoins et des exigences des différents utilisateurs. Ainsi, depuis les systèmes de deuxième génération (2G), de nombreux changements ont eu lieu, principalement, le passage des modulations (WF) mono-porteuses aux modulations multi-porteuses (MC) introduites pour la transmission de la 4G en sens descendant.En effet, l'idée d'introduire les formes d'ondes MC est de se débarrasser des effets du canal de propagation, en relâchant le processus d’égalisation par la transmission des symboles de données sur des sous-canaux ou des sous-porteuses à évanouissements plats. En outre, la modulation MC la plus répandue est l'orthogonal frequency division multiplexing (OFDM), qui est devenu très dominante et largement utilisée dans de nombreuses normes sans fil, telles que long term evolution (LTE)- Advanced (LTE-A) et le Wi-Fi. Ce succès de l'OFDM est du grâce à ses avantages présentés dans la simple implémentation par le biais de l'utilisation de la transformée de Fourrier rapide inverse (IFFT) à la transmission et de la transformé de Fourrier rapide à la réception. De plus, avec l'utilisation du préfixe cyclique (CP), la transmission est ainsi sans interférences inter-symboles (ISI).Malgré la dominante utilisation de l'OFDM MW, néanmoins, elle présente des inconvénients. En effet, cette technique souffre de la perte de l'efficacité spectrale à cause de l'utilisation du CP, sans oublier la mauvaise localisation fréquentielle à cause de la mise en forme rectangulaire du filtre prototype utilisé dans OFDM. Ces inconvénients ont été une source de motivation pour les chercheurs pour la conception d'une nouvelle MC WF, ayant une meilleure localisation fréquentielle, une meilleure robustesse au synchronisme des utilisateurs, tout en conservant une complexité de mise en oeuvre modérée. Dans ce contexte, un nombre élevé de MC WF post-OFDM ont été proposés et mis en œuvre pour répondre aux scénarios et aux exigences de la 5G d'une manière flexible.Ainsi, la modulation multi-porteuse à base des bancs de filtres (FBMC-OQAM) a été proposée en tant qu'une solution alternative à l'OFDM WF et ce pour surmonter ses inconvénients. En effet, la modulation FBMC-OQAM utilise un filtre prototype (Phydyas) qui lui permet d'avoir une meilleure localisation fréquentielle ce que lui offre une meilleure performance en supportant les phénomènes d'asynchronisme entre les utilisateurs ainsi que la transmission avec différentes numérologies. En outre, l'efficacité spectrale est améliorée grâce à la non utilisation du CP et de bandes de garde larges. De plus, l'orthogonalité dans le domaine réel est garantie grâce à l'utilisation de la modulation OQAM. Cependant, cette orthogonalité est perdue dans les canaux sélectifs en fréquence, ce qui nécessite des techniques d'égalisation avancées.Dans ce contexte, l'objectif de cette thèse est d'étudier plusieurs types d'égalisation appliqués aux systèmes FBMC-OQAM. Vu que la modulation utilisée en FBMC-OQAM peut être considérée comme la transmission de deux flux de modulation M-PAM sur la même sous porteuse et comme le traitement largement linéaire est plus performant par rapport au traitement classique pour la modulatyion M-PAM, on va se concentrer sur les avantages de ce traitement largement linéaire utilisé pour le système FBMC-OQAM. En outre, en se basant qur e caractère cyclo-stationnaire du signal FBMC-OQAM, nous avons proposés une structure d'égalisation avancée basée sur le traitement FRESH qui a été appliqué sur un système FBMC-OQAM utilisant différente numélogies.

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 (constructive) with various types of modulation (amplitude, frequency, phase), etc. The path loss in the channel is highlighted with the different values taken by the attenuation coefficient chosen during the simulations. Faced with this situation, it was necessary to look for the best and most robust channel estimator at a given consistency time. The MMSE (Minimum Mean Square Error) method is used, compared to others. For the performance of massive MIMO systems, we have focused on antenna diversity methods (N-order diversity), coding methods, OFDMA access methods and equalization methods to show that effectively using multiple antennas at base stations improves and contributes to the desired rate gains. With massive MIMO systems, we have shown that antennar contribution is well recognized in interference management. An algorithm for calculating the flow rate at the Uplink was developed using three conventional receivers: the MRC (Maximum Ratio Combiner), the ZF (Zero-Forcing) and the MMSE (Minimum Mean Square Error). The simulations made it possible to compare the different approaches. By varying the contamination power of the pilot symbols, we observe the convergence of the ZF and MMSE curves. If the number of L cells increases, we find that the higher the contamination power of the pilot symbols (pp), the lower the capacity in the channel. After several iterations, our algorithm converges to an asymptote (stationary and linear regime) where the samples at the detector output approach the transmitted data sequence. The SINR obtained with conventional detectors allows the calculation of the respective flows in the channel with the SHANNON theorem., 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.

With an increasing number of mobile terminals coupled with a large spreading of so-called "smart devices", we can see a growing demand for effective communication means in any place and in any situation.This goes with a more and more overcrowded spectrum.In this context, multicarrier modulations are good candidates to allow effective communication in any place.However current techniques, OFDM in particular, suffer from a bad time--frequency localization and peak-to-average power ratio, limiting their relevancy in an embedded context, or in scenarios with severe spectral constraints.In this thesis, we study faster-than-Nyquist multicarrier modulations.This kind of modulation allow for an increase in spectral efficiency by means of an increase in signaling density.This, in compensation, comes at the price of unavoidable self-interference, which makes demodulation harder.On an additive white Gaussian noise channel, we show how to carefully chose pulse-shapes that maximize signal-to-interference-plus-noise ratio.We show that these particular pulse-shapes yields a linear turbo-equalization of self-interference minimizing the mean squared error.Next, our work highlights the capability of these optimal pulse-shapes to reduce peak-to-average power ratio as density rises.Lastly, on frequency selective channels, we confirm that low complexity equalization using one tap by subcarrier is still possible.These results show how this new modulation technique helps increasing spectral efficiency while keeping what made multicarrier modulations popular: good adaptation to transmission channels.; Avec la multiplication des terminaux mobiles et le foisonnement des objets dits « connectés », on assiste à la montée d'un besoin de moyens de communication à tout endroit et en toute situation, accompagné d'un encombrement spectral toujours plus important. Dans ce contexte, si la capacité d'adaptation au canal des modulations multiporteuses permet de bien s'accommoder du besoin de communication en tout endroit, les techniques actuelles, en particulier l'OFDM, souffrent d'une mauvaise localisation fréquentielle et d'un mauvais facteur de crête, ce qui limite leur utilisation dans un contexte embarqué et/ou en présence de fortes contraintes spectrales. Dans cette thèse, nous étudions les modulations multiporteuses au-delà de la cadence de Nyquist. En augmentant la densité de signalisation, ces dernières permettent d'augmenter l'efficacité spectrale. Cela est cependant contrebalancé par l'apparition d'auto-interférence, ce qui rend la réception plus délicate.Sur canal à bruit additif blanc gaussien, on montre comment choisir des impulsions de mise en forme maximisant le rapport signal à interférence plus bruit. On montre que ces dernières permettent d'obtenir une turbo-égalisation linéaire de l'auto-interférence minimisant l'erreur quadratique moyenne. Nos travaux mettent en évidence que ces mêmes impulsions permettent également de réduire le facteur de crête à mesure que la densité augmente. Enfin, sur canal sélectif en fréquence, on vérifie que l'approximation du canal par un coefficient par sous-porteuse est toujours possible. Ces résultats montrent que ce nouveau type de modulation permet d'augmenter l'efficacité spectrale tout en conservant la capacité d'adaptation au canal intrinsèque aux modulations multiporteuses.

With an increasing number of mobile terminals coupled with a large spreading of so-called "smart devices", we can see a growing demand for effective communication means in any place and in any situation.This goes with a more and more overcrowded spectrum.In this context, multicarrier modulations are good candidates to allow effective communication in any place.However current techniques, OFDM in particular, suffer from a bad time--frequency localization and peak-to-average power ratio, limiting their relevancy in an embedded context, or in scenarios with severe spectral constraints.In this thesis, we study faster-than-Nyquist multicarrier modulations.This kind of modulation allow for an increase in spectral efficiency by means of an increase in signaling density.This, in compensation, comes at the price of unavoidable self-interference, which makes demodulation harder.On an additive white Gaussian noise channel, we show how to carefully chose pulse-shapes that maximize signal-to-interference-plus-noise ratio.We show that these particular pulse-shapes yields a linear turbo-equalization of self-interference minimizing the mean squared error.Next, our work highlights the capability of these optimal pulse-shapes to reduce peak-to-average power ratio as density rises.Lastly, on frequency selective channels, we confirm that low complexity equalization using one tap by subcarrier is still possible.These results show how this new modulation technique helps increasing spectral efficiency while keeping what made multicarrier modulations popular: good adaptation to transmission channels., Avec la multiplication des terminaux mobiles et le foisonnement des objets dits « connectés », on assiste à la montée d'un besoin de moyens de communication à tout endroit et en toute situation, accompagné d'un encombrement spectral toujours plus important. Dans ce contexte, si la capacité d'adaptation au canal des modulations multiporteuses permet de bien s'accommoder du besoin de communication en tout endroit, les techniques actuelles, en particulier l'OFDM, souffrent d'une mauvaise localisation fréquentielle et d'un mauvais facteur de crête, ce qui limite leur utilisation dans un contexte embarqué et/ou en présence de fortes contraintes spectrales. Dans cette thèse, nous étudions les modulations multiporteuses au-delà de la cadence de Nyquist. En augmentant la densité de signalisation, ces dernières permettent d'augmenter l'efficacité spectrale. Cela est cependant contrebalancé par l'apparition d'auto-interférence, ce qui rend la réception plus délicate.Sur canal à bruit additif blanc gaussien, on montre comment choisir des impulsions de mise en forme maximisant le rapport signal à interférence plus bruit. On montre que ces dernières permettent d'obtenir une turbo-égalisation linéaire de l'auto-interférence minimisant l'erreur quadratique moyenne. Nos travaux mettent en évidence que ces mêmes impulsions permettent également de réduire le facteur de crête à mesure que la densité augmente. Enfin, sur canal sélectif en fréquence, on vérifie que l'approximation du canal par un coefficient par sous-porteuse est toujours possible. Ces résultats montrent que ce nouveau type de modulation permet d'augmenter l'efficacité spectrale tout en conservant la capacité d'adaptation au canal intrinsèque aux modulations multiporteuses.

National audience; Cet article présente l’architecture hybride d’une ligne à retard variable, compacte, bas coût et compensée en gain. La ligne à retard permet la simulation de retards compris entre 6,67 ns (1 m) et 1,67µs (250 m) avec une faible résolution de 1,33 ns (0,2 m). Elle prend place dans un simulateur de cibles permettant de tester et calibrer des radars automobiles. Une hybridation de différentes technologies est présentée afin de couvrir la plage de retards dans son intégralité sur une bande de fréquence de 800 MHz. Le système permet également une égalisation du gain et une compensation des pertes d’insertion sur l’ensemble de la plage de fréquence ainsi que le contrôle de la Surface Equivalente Radar (SER). Des prototypes ont été réalisés, testés et caractérisés séparément pour chacune des technologies choisies et finalement une hybridation de ces trois technologies est proposée.

During the last two decades, the increase of wireless communications throughput has necessitated more and more complex equalization techniques. To solve this issue, multicarrier modulations have been massively adopted in high data rates wireless communications standards. A typical example of the wide use of these waveforms is the adoption of OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) for the downlink of 4G mobile networks. However, for next-generation 5G networks, the expected increase of M2M (Machine-to-Machine) communications forbids the use of OFDM because of the tight time and frequency synchronization constraints imposed by this waveform. Additionally, efficient spectrum occupation through cognitive radio strategies are incompatible with the poor spectral localization of OFDM. In this context, FBMC-OQAM (Filter Bank Multi-Carrier - Offset Quadrature Amplitude Modulation) waveforms appeared as a potential solution to these issues. However, equalization of FBMC-OQAM in frequency selective channels and/or MIMO (Multiple Input Multiple Output) channels is not straightforward because of residual intrinsic interferences between FBMC-OQAM subcarriers. Thus, this thesis considers equalization techniques for these links. In particular, the study of WL (Widely Linear) receivers allowing the mitigation of interferences, with only a single antenna, among networks using second-order noncircular waveforms (e.g. ASK, GMSK, OQAM signals) is privileged. This work studied this technique, named SAIC (Single Antenna Interference Cancellation) and applied for the suppression of co-channel interferences in GSM networks in order to adapt it for the cancellation of FBMC-OQAM intercarrier interferences. SAIC, which was further extended to multiple receive antennas (MAIC - Multiple Antenna Interference Cancellation) benefits from its low complexity and does not generate error propagation at low SNR contrary to successive interference cancellation based solutions. A progressive approach is adopted, from SAIC/MAIC for the suppression of co-channel interferences where we emphasize the importance of considering the cyclostationary nature of OQAM communication signals. Based on this, the proposal of a new WL-FRESH (FREquency-SHift) filter based receiver for OQAM-like signals is made and its performance is characterized analytically and by numerical simulations asserting its superior performance with respect to the standard WL receiver. The extension of SAIC/MAIC for the mitigation of a frequency-shifted interference is then considered and reception structures are proposed and analyzed in detail. The ability of WL-FRESH filter based SAIC receivers to perform the suppression of multiple frequency-shifted interferences is assessed. In the context of FBMC-OQAM signals which frequently utilize the PHYDYAS pulse-shaping prototype filter, each subcarrier is polluted only by its adjacent subcarriers. However, to evaluate SAIC processing without having to consider neighboring subcarriers of the adjacent ones, a filtering operation prior to the SAIC processing is needed. For this reason, the impact of a reception filter on the performance gain provided by the SAIC processing was conducted and conditions on the filter bandwidth have been established which governs the potential performance gain of a WL filter based processing for SAIC of frequency-shifted interferences.In a last step, an alternative equalization approach for FBMC-OQAM is investigated. This proposed technique consists in the per-subcarrier joint demodulation of the subcarrier of interest and its interfering adjacent ones after a filtering step. This proposal is considered in the context of MIMO Alamouti FBMC-OQAM links., Au cours des vingt dernières années, le débit croissant des communications radiofréquences a imposé la mise en œuvre de techniques d'égalisation de plus en plus complexes. Pour résoudre ce problème, les modulations multi-porteuses ont été massivement employées dans les standards de communications à très haut débit. Un exemple caractéristique de la démocratisation de ces formes d'ondes est l'utilisation de l'OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) sur le lien descendant des réseaux 4G. Toutefois, pour les futurs réseaux 5G, l'émergence prévue des communications M2M (Machine-to-Machine) impose aux formes d'ondes une grande tolérance aux asynchronismes au sein de ces réseaux et ne permet pas l'emploi de l'OFDM qui nécessite une synchronisation stricte en temps et en fréquence. Egalement, l'utilisation efficace du spectre par les techniques de la radio cognitive est incompatible avec l'OFDM en raison de la mauvaise localisation en fréquence de cette forme d'onde.Dans ce contexte, la forme d'onde FBMC-OQAM (Filter Bank Multi-Carrier - Offset Quadrature Amplitude Modulation) est apparue comme une solution potentielle à ces problèmes. Toutefois, l'égalisation des signaux FBMC-OQAM en canal sélectif en fréquence et/ou canal MIMO (Multiple Input Multiple Output) est rendue difficile par la subsistance d'interférences entre les sous-porteuses du schéma FBMC-OQAM. Cette thèse étudie donc l'égalisation de ces liaisons. L'étude de récepteurs WL (Widely Linear) qui permettent la suppression d'interférences, sans diversité d'antenne en réception, au sein des réseaux utilisant des signaux noncirculaires au second ordre (e.g. signaux ASK, GMSK, OQAM) est privilégiée. Cette technique nommée SAIC (Single Antenna Interference Cancellation) et utilisée dans les réseaux GSM pour la suppression d'interférences co-canal est envisagée pour une extension à la suppression des interférences entre porteuses des formes d'ondes FBMC-OQAM. La technologie SAIC, qui a été étendue pour plusieurs antennes en réception (MAIC - Multiple Antenna Interference Cancellation) a l'avantage de sa faible complexité et ne génère pas de propagation d'erreur à faible SNR contrairement aux solutions de suppression successive d'interférences. Une approche progressive est adoptée, depuis l'élaboration du SAIC pour la suppression d'interférences co-canal où nous démontrons l'importance de considérer le caractère cyclostationnaire des signaux OQAM. Basée sur cette constatation, une nouvelle structure de réception utilisant un filtre WL-FRESH (FREquency-SHift) est proposée et ses meilleures performances comparé au récepteur WL standard sont présentées analytiquement et par simulations numériques. L'extension du SAIC pour la suppression d'une interférence décalée en fréquence est ensuite menée et différentes structures de réception sont proposées et analysées en détail. L'aptitude des traitements SAIC utilisant des filtres WL-FRESH à supprimer 2 interférences décalées en fréquence est présentée. Dans le contexte des signaux FBMC-OQAM qui utilisent généralement le filtre de mise en forme PHYDYAS, chaque sous-porteuse est polluée par ses deux sous-porteuses adjacentes. Cependant, pour évaluer les traitements SAIC sans devoir prendre en compte la contribution des sous-porteuses voisines à ces sous-porteuses adjacentes, un filtre doit précéder le traitement de réception. Pour cette raison, l'analyse de l'impact d'un filtre de réception sur les performances des traitements SAIC proposés est effectuée et les conditions sur la bande passante du filtre nécessaires pour justifier l'intérêt d'un traitement SAIC par filtrage WL sont présentées. Dans un dernier temps, une approche alternative d'égalisation des signaux FBMC-OQAM est présentée. Elle consiste à démoduler conjointement les sous-porteuses interférentes après filtrage. Cette technique est abordée dans le contexte de liaisons MIMO Alamouti FBMC-OQAM.

This manuscript of ''Habilitation à diriger les Recherches'' (Habilitation to conduct researches) gives me the opportunity to take stock of the last 14 years on my associate professor activities and on my research works in the field of signal processing for digital communications, particularly for radio-mobile communications. The purpose of this signal processing is generally to obtain a robust transmission, despite the passage of digital information through a communication channel disrupted by the mobility between the transmitter and the receiver (Doppler effect), the phenomenon of echoes (multi-path propagation), the addition of noise or interference, or by limitations in bandwidth, in transmitted power or in signal-to-noise ratio. In order to recover properly the digital information, the receiver needs in general to have an accurate knowledge of the channel state. Much of my work has focused on receiver synchronization or more generally on the dynamic estimation of the channel parameters (delays, phases, amplitudes, Doppler shifts, ...). We have developed estimators and studied their performance in asymptotic variance, and have compared them to minimum lower bound (Cramer-rao or Bayesian Cramer Rao bounds). Some other studies have focused only on the recovering of information (''detection'' or ''equalization'' task) by the receiver after channel estimation, or proposed and analyzed emission / reception schemes, reliable for certain scenarios (transmit diversity scheme for flat fading channel, scheme with high energy efficiency, ...).; Ce mémoire de HDR est l'occasion de dresser un bilan des 14 dernières années concernant mes activités d'enseignant-chercheur et mes travaux de recherche dans le domaine du traitement du signal pour les communications numériques, et plus particulièrement les communications radio-mobiles. L'objet de ce traitement du signal est globalement l'obtention d'une transmission robuste, malgré le passage de l'information numérique au travers d'un canal de communication perturbé par la mobilité entre l'émetteur et le récepteur (effet Doppler), le phénomène d'échos, l'addition de bruit ou d'interférence, ou encore par des limitations en bande-passante, en puissance transmise ou en rapport-signal à bruit. Afin de restituer au mieux l'information numérique, le récepteur a en général besoin de disposer d'une connaissance précise du canal. Une grande partie de mes travaux s'est intéressé à l'estimation dynamique des paramètres de ce canal (retards, phases, amplitudes, décalages Doppler, ...), et en particulier à la synchronisation du récepteur. Quelques autres travaux se sont intéressés seulement à la restitution de l'information (tâches de ''détection'' ou d' ''égalisation'') par le récepteur une fois le canal estimé, ou à des schémas d'émission / réception spécifiques. La synthèse des travaux commence par une introduction générale décrivant les ''canaux de communications'' et leurs problèmes potentiels, et positionne chacun de mes travaux en ces termes. Une première partie s'intéresse aux techniques de réception pour les signaux à spectre étalé des systèmes d'accès multiple à répartition par codes (CDMA). Ces systèmes large-bande offrent un fort pouvoir de résolution temporelle et des degrés de liberté, que nous avons exploités pour étudier l'égalisation et la synchronisation (de retard et de phase) en présence de trajets multiples et d'utilisateurs multiples. La première partie regroupe aussi d'autres schémas d'émission/réception, proposés pour leur robustesse dans différents scénarios (schéma à diversité pour canaux à évanouissement plats, schéma à forte efficacité énergétique, ...). La seconde partie est consacrée à l'estimation dynamique Bayésienne des paramètres du canal. On suppose ici qu'une partie des paramètres à estimer exhibe des variations temporelles aléatoires selon une certaine loi à priori. Nous proposons d'abord des estimateurs et des bornes minimales d'estimation pour des modèles de transmission relativement complexes, en raison de la distorsion temporelle due à la forte mobilité en modulation multi-porteuse (OFDM), ou de la présence de plusieurs paramètres à estimer conjointement, ou encore de non linéarités dans les modèles. Nous nous focalisons ensuite sur le problème d'estimation des amplitudes complexes des trajets d'un canal à évolution lente (à 1 ou plusieurs bonds). Nous proposons des estimateurs récursifs (dénommés CATL, pour ''Complex Amplitude Tracking Loop'') à structure imposée inspirée par les boucles à verrouillage de phase numériques, de performance asymptotiques proches des bornes minimales. Les formules analytiques approchées de performances asymptotiques et de réglages de ces estimateurs sont établies sous forme de simples fonctions des paramètres physiques (spectre Doppler, retards, niveau de bruit). Puis étant donné les liens établis entre ces estimateurs CATL et certains filtres de Kalman (construits pour des modèles d'état de type marche aléatoire intégrée), les formules approchées de performances asymptotiques et de réglage de ces filtres de Kalman sont aussi dérivées.

This manuscript of ''Habilitation à diriger les Recherches'' (Habilitation to conduct researches) gives me the opportunity to take stock of the last 14 years on my associate professor activities and on my research works in the field of signal processing for digital communications, particularly for radio-mobile communications. The purpose of this signal processing is generally to obtain a robust transmission, despite the passage of digital information through a communication channel disrupted by the mobility between the transmitter and the receiver (Doppler effect), the phenomenon of echoes (multi-path propagation), the addition of noise or interference, or by limitations in bandwidth, in transmitted power or in signal-to-noise ratio. In order to recover properly the digital information, the receiver needs in general to have an accurate knowledge of the channel state. Much of my work has focused on receiver synchronization or more generally on the dynamic estimation of the channel parameters (delays, phases, amplitudes, Doppler shifts, ...). We have developed estimators and studied their performance in asymptotic variance, and have compared them to minimum lower bound (Cramer-rao or Bayesian Cramer Rao bounds). Some other studies have focused only on the recovering of information (''detection'' or ''equalization'' task) by the receiver after channel estimation, or proposed and analyzed emission / reception schemes, reliable for certain scenarios (transmit diversity scheme for flat fading channel, scheme with high energy efficiency, ...)., Ce mémoire de HDR est l'occasion de dresser un bilan des 14 dernières années concernant mes activités d'enseignant-chercheur et mes travaux de recherche dans le domaine du traitement du signal pour les communications numériques, et plus particulièrement les communications radio-mobiles. L'objet de ce traitement du signal est globalement l'obtention d'une transmission robuste, malgré le passage de l'information numérique au travers d'un canal de communication perturbé par la mobilité entre l'émetteur et le récepteur (effet Doppler), le phénomène d'échos, l'addition de bruit ou d'interférence, ou encore par des limitations en bande-passante, en puissance transmise ou en rapport-signal à bruit. Afin de restituer au mieux l'information numérique, le récepteur a en général besoin de disposer d'une connaissance précise du canal. Une grande partie de mes travaux s'est intéressé à l'estimation dynamique des paramètres de ce canal (retards, phases, amplitudes, décalages Doppler, ...), et en particulier à la synchronisation du récepteur. Quelques autres travaux se sont intéressés seulement à la restitution de l'information (tâches de ''détection'' ou d' ''égalisation'') par le récepteur une fois le canal estimé, ou à des schémas d'émission / réception spécifiques. La synthèse des travaux commence par une introduction générale décrivant les ''canaux de communications'' et leurs problèmes potentiels, et positionne chacun de mes travaux en ces termes. Une première partie s'intéresse aux techniques de réception pour les signaux à spectre étalé des systèmes d'accès multiple à répartition par codes (CDMA). Ces systèmes large-bande offrent un fort pouvoir de résolution temporelle et des degrés de liberté, que nous avons exploités pour étudier l'égalisation et la synchronisation (de retard et de phase) en présence de trajets multiples et d'utilisateurs multiples. La première partie regroupe aussi d'autres schémas d'émission/réception, proposés pour leur robustesse dans différents scénarios (schéma à diversité pour canaux à évanouissement plats, schéma à forte efficacité énergétique, ...). La seconde partie est consacrée à l'estimation dynamique Bayésienne des paramètres du canal. On suppose ici qu'une partie des paramètres à estimer exhibe des variations temporelles aléatoires selon une certaine loi à priori. Nous proposons d'abord des estimateurs et des bornes minimales d'estimation pour des modèles de transmission relativement complexes, en raison de la distorsion temporelle due à la forte mobilité en modulation multi-porteuse (OFDM), ou de la présence de plusieurs paramètres à estimer conjointement, ou encore de non linéarités dans les modèles. Nous nous focalisons ensuite sur le problème d'estimation des amplitudes complexes des trajets d'un canal à évolution lente (à 1 ou plusieurs bonds). Nous proposons des estimateurs récursifs (dénommés CATL, pour ''Complex Amplitude Tracking Loop'') à structure imposée inspirée par les boucles à verrouillage de phase numériques, de performance asymptotiques proches des bornes minimales. Les formules analytiques approchées de performances asymptotiques et de réglages de ces estimateurs sont établies sous forme de simples fonctions des paramètres physiques (spectre Doppler, retards, niveau de bruit). Puis étant donné les liens établis entre ces estimateurs CATL et certains filtres de Kalman (construits pour des modèles d'état de type marche aléatoire intégrée), les formules approchées de performances asymptotiques et de réglage de ces filtres de Kalman sont aussi dérivées.

Wireless communications have known an amazing expansion since the nineties. Transmission techniques, supported by technological breakthroughs, have significantly improved to cope with the increase of both data rate and traffic. For instance, the turbo principle has enabled to design quasi-optimal, robust and low-complexity receivers, whereas multiple input multiple (MIMO) systems imposed themselves as one solution to spectral efficiency enhancement given a fixed transmission power. Today, the main limitation to the increase of traffic and user number remains the interference. The traffic is expected to be a thousand times higher than today, mainly due to the connected machine number explosion (machine to machine communications). Without anticipation of interference management mechanisms, promised won't be held. My research integrates this context and divides into three main axes: space-time coding, interference management and cooperation in sensors networks. Usual designs of space-time codes do not take into account the forward error correction (FEC) code and assumes optimum detection. In practice, a FEC is inserted in the transmission system and depending on the space-time, the maximum likelihood detection is too complex. We have developed generic methods to build maximum-diversity space-time codes whose definition takes into account the inner FEC. We also designed full-rate and maximum diversity linear dispersion codes optimized by taking into account outer FEC and turboequalizer constraints. Given a selective frequency channel, inter symbol interference can be dealt with at the transmitter adopting OFDM or at the receiver by using a suitable detection. MIMO systems suffer from an additional inter antenna interference. Compared to single carrier used with time-domain equalization, OFDM has the advantage of a lower-complexity at the price of lower diversity. Frequency-domain equalization makes single carrier competitive compared to the equivalent OFDM scheme. We studied the space-time codes extension to frequency selective channels by imposing single-carrier waveform and frequency-domain equalization. The complexity of optimum detection of the concatenation of the space-time codes with an outer FEC makes it infeasible in practice. We thus proposed different frequency-domain turboequalizer structures for OFDM-coded or single-carrier MIMO systems whose complexity makes them compatible with an implementation. Recent studies proved that the capacity of interference channels linearly increases with the number of users. Interferenc alignment enables to achieves the optimum limit. We proposed optimized interference alignment schemes which increase the maximum data rate that can be achieved in the range of practical SNR values. We then focused on reception in interference channels for different scenarii. The first detection applied in the context of uplink transmission assuming base station cooperation is based on the exploitation of the sparse nature of signals. It can be used in the case when the user number is higher than the base station antenna number. Original interference alignment scheme assume perfect knowledge of the whole channel everywhere which is infeasible in the downlink case at the user side. We thus proposed a second detection suitable for this context and based on blind source separation techniques.As for sensor networks, we considered the case of metering from a high number of wireless sensors with the help of a relay, which involves reliable and short transmissions. We proposed a cooperation scheme based on a distributed product code between sources and the relay. We theoretically established the amount of redundancy required and added by the relay. We also computed a theoretical upper bound of the bit error probability of a minimum-distance optimized receiver which takes into account the errors in the relay. We deduce that the source-relay transmission link quality is the bottleneck of the cooperation scheme, which proves useful when the source-to-relay channel conditions are satisfactory and when the source-to-destination link quality is too poor to ensure reliable transmission. My perspectives immediately lie in the interference management context by progressively taking into account the constraints of higher layers (MAC). Massive MIMO and cell size reduction (with or without heterogeneous networks) are other perspectives. In the long term, I will investigate machine-to-machines communications.; Les communications radio-mobiles ont connu un essor sans précédent depuis les années 1990. Les techniques de transmission, appuyées par les progrès technologiques, se sont significativement améliorées pour faire face à la double croissance du débit et du trafic. Par exemple, le principe turbo a permis d'obtenir des récepteurs quasi-optimaux, robustes, et de complexité raisonnable, tandis que les systèmes multi-antennes (MIMO) se sont imposés comme solution de croissance des efficacités spectrales pour une puissance d'émission fixe. Aujourd'hui, la principale limitation à l'augmentation du trafic et du nombre d'utilisateurs reste l'interférence. Or, les prévisions pour la décennie à venir annoncent une multiplication par un facteur mille du trafic, principalement due à l'explosion du nombre de machines connectées (communications M2M). Sans anticipation des mécanismes de gestion des interférences, les promesses ne pourront être tenues. Mes travaux de recherche s'insèrent dans ce contexte et se déclinent en trois axes principaux : le codage espace-temps, le traitement des interférences et la coopération dans des réseaux de capteurs. La conception usuelle des codes espace-temps n'intègre pas la contrainte de correction des erreurs de transmission et suppose une détection optimale en réception. En pratique, un code correcteur d'erreur est inséré dans la chaîne de transmission et selon le code espace-temps, une détection à maximum de vraisemblance est trop complexe. Nous avons donc développé un ensemble de méthodes génériques de construction de codes espace-temps correcteurs d'erreur à diversité maximale intégrant un code correcteur d'erreur dans leur définition. Les codes dérivés sont bien adaptés à une concaténation avec un code correcteur d'erreur externe et l'identification d'un code produit équivalent conduit à une structure de réception efficace et de complexité réduite. Nous avons également conçu des codes à dispersion linéaire, de rendement plein et à diversité maximale, optimisés sous les contraintes d'un code correcteur d'erreur externe et d'un turboégaliseur en réception. Les codes obtenus possèdent un meilleur état de convergence optimale du turboégaliseur, une plus petite valeur du rapport signal à bruit minimal, nécessaire à la convergence sur la borne inférieure, ainsi qu'un meilleur rapport entre la puissance crête et la puissance moyenne, comparé aux codes de la littérature. Sur un canal sélectif en fréquence, l'interférence entre symbole peut être traitée à l'émission en adoptant une forme d'onde OFDM ou en réception en utilisant un détecteur adapté. Dans le cas d'un système MIMO, s'ajoute l'interférence entre antennes. La forme d'onde OFDM offre l'avantage d'une complexité de réception moindre comparée à une égalisation temporelle d'une forme d'onde monoporteuse, au détriment de la diversité disponible. L'égalisation dans le domaine fréquentiel rend la solution monoporteuse compétitive vis-à-vis d'une solution OFDM équivalente. Nous avons donc étudié l'adaptation des codes espace-temps aux canaux sélectifs en fréquence, en imposant une forme d'onde monoporteuse et une égalisation dans le domaine fréquentiel. La complexité de la détection optimale de la concaténation du code espace-temps avec un code correcteur d'erreur la rend infaisable en pratique. Une alternative est la turboégalisation. Nous avons proposé différentes structures de turboégalisation fréquentielle pour des schémas MIMO codés OFDM et monoporteuse équivalents. L'analyse théorique de l'état optimal de convergence confirmée par des simulations démontre une diversité supérieure dans le cas monoporteuse, conduisant à une probabilité d'erreur inférieure. Par ailleurs, l'annuleur d'interférence comporte une inversion de matrice, qui contribue en grande partie au coût global de calculs. Pour réduire la complexité, nous avons proposé une structure originale et brevetée, basée sur une approximation optimisée de l'inversion matricielle à partir d'un développement en série. Des travaux récents ont démontré la croissance linéaire asymptotique (rapport signal à bruit infini) des canaux à interférence en fonction du nombre d'utilisateurs. Les schémas d'alignement d'interférence permettent d'atteindre cette limite. Nous nous sommes intéressés à l'optimisation de ces schémas pour augmenter le débit maximal pouvant être atteint dans des gammes de rapport signal à bruit pratiques. Nous avons ensuite considéré la problématique de réception sur un canal à interférence en prenant en compte différents scénarios. L'originalité du premier détecteur, appliqué dans le contexte d'une liaison montante avec coopération des stations de base, repose sur l'exploitation de la parcimonie des signaux. Ce récepteur est adapté au cas où le nombre de terminaux est supérieur au nombre de stations de base et son application n'est pas limitée par les dimensions du système. Le schéma original d'alignement d'interférence suppose la connaissance parfaite de la globalité du canal en toute extrémité. Dans le cas de la liaison descendante, cette hypothèse sera difficilement vérifiée au niveau des terminaux. Nous avons donc conçu un second détecteur, adapté à ce contexte et basé sur des techniques de séparation de source aveugle. Les principaux intérêts de ce système sont d'une part qu'il ne nécessite aucune estimation du canal en réception, limitant ainsi le nombre de données pilote requis, et d'autre part qu'il est robuste à des erreurs d'estimation du canal à l'émission (conception du schéma d'alignement d'interférence). S'agissant des réseaux de capteurs, nous avons considéré le contexte du rapport de données de mesures vers un serveur distant depuis un nombre élevé de capteurs sans fil, à l'aide d'un relais, impliquant la transmission fiable et rapide de blocs courts. Nous avons étudié une solution de coopération basée sur un code produit distribué entre les sources et le relais. La première originalité de nos travaux est l'établissement d'une approximation de la borne supérieure du débit maximal atteignable dans le cas de mots de code de longueur finie et d'une modulation à alphabet discret, fini. Elle nous a permis d'optimiser la quantité de redondance, ajoutée par le relais en fonction des conditions des canaux en présence. La seconde contribution majeure de nos travaux est le calcul d'une borne supérieure de la probabilité d'erreur en sortie d'un décodeur basé sur la minimisation de la distance minimale, prenant en compte la présence d'erreurs dans le relais. Nous avons mesuré la dégradation apportée par les erreurs sur le lien source-relais, qui permet d'établir les plages de rapports signal à bruit (source-relais et source-destination) pour lesquelles l'utilisation du relais apporte un gain et de quantifier ce gain. %Nous en avons déduit que le lien source-relais était le goulot d'étranglement du schéma coopératif et que la coopération était utile en présence de conditions favorables sur le lien source-relais, lorsque la qualité de transmission sur le lien source-destinataire était insuffisante pour garantir l'acheminement fiable des informations. Mes perspectives de recherche se situent dans la continuité de la réflexion amorcée sur la gestion des interférences, en intégrant progressivement l'interaction de la couche physique avec ses couches supérieures (MAC/réseau). J'envisage d'examiner la pertinence du Massive MIMO (nombre d'antennes côté station de base bien supérieur au nombre moyen de terminaux actifs) et/ou de la réduction de la taille des cellules (avec ou sans réseaux hétérogènes) pour répondre à la problématique de croissance des débits et du trafic sous contraintes d'efficacité d'énergie et de sécurisation des données en transit. A plus long terme, je souhaite m'investir dans la recherche d'architectures adaptées aux spécificités des communications M2M.

Wireless communications have known an amazing expansion since the nineties. Transmission techniques, supported by technological breakthroughs, have significantly improved to cope with the increase of both data rate and traffic. For instance, the turbo principle has enabled to design quasi-optimal, robust and low-complexity receivers, whereas multiple input multiple (MIMO) systems imposed themselves as one solution to spectral efficiency enhancement given a fixed transmission power. Today, the main limitation to the increase of traffic and user number remains the interference. The traffic is expected to be a thousand times higher than today, mainly due to the connected machine number explosion (machine to machine communications). Without anticipation of interference management mechanisms, promised won't be held. My research integrates this context and divides into three main axes: space-time coding, interference management and cooperation in sensors networks. Usual designs of space-time codes do not take into account the forward error correction (FEC) code and assumes optimum detection. In practice, a FEC is inserted in the transmission system and depending on the space-time, the maximum likelihood detection is too complex. We have developed generic methods to build maximum-diversity space-time codes whose definition takes into account the inner FEC. We also designed full-rate and maximum diversity linear dispersion codes optimized by taking into account outer FEC and turboequalizer constraints. Given a selective frequency channel, inter symbol interference can be dealt with at the transmitter adopting OFDM or at the receiver by using a suitable detection. MIMO systems suffer from an additional inter antenna interference. Compared to single carrier used with time-domain equalization, OFDM has the advantage of a lower-complexity at the price of lower diversity. Frequency-domain equalization makes single carrier competitive compared to the equivalent OFDM scheme. We studied the space-time codes extension to frequency selective channels by imposing single-carrier waveform and frequency-domain equalization. The complexity of optimum detection of the concatenation of the space-time codes with an outer FEC makes it infeasible in practice. We thus proposed different frequency-domain turboequalizer structures for OFDM-coded or single-carrier MIMO systems whose complexity makes them compatible with an implementation. Recent studies proved that the capacity of interference channels linearly increases with the number of users. Interferenc alignment enables to achieves the optimum limit. We proposed optimized interference alignment schemes which increase the maximum data rate that can be achieved in the range of practical SNR values. We then focused on reception in interference channels for different scenarii. The first detection applied in the context of uplink transmission assuming base station cooperation is based on the exploitation of the sparse nature of signals. It can be used in the case when the user number is higher than the base station antenna number. Original interference alignment scheme assume perfect knowledge of the whole channel everywhere which is infeasible in the downlink case at the user side. We thus proposed a second detection suitable for this context and based on blind source separation techniques.As for sensor networks, we considered the case of metering from a high number of wireless sensors with the help of a relay, which involves reliable and short transmissions. We proposed a cooperation scheme based on a distributed product code between sources and the relay. We theoretically established the amount of redundancy required and added by the relay. We also computed a theoretical upper bound of the bit error probability of a minimum-distance optimized receiver which takes into account the errors in the relay. We deduce that the source-relay transmission link quality is the bottleneck of the cooperation scheme, which proves useful when the source-to-relay channel conditions are satisfactory and when the source-to-destination link quality is too poor to ensure reliable transmission. My perspectives immediately lie in the interference management context by progressively taking into account the constraints of higher layers (MAC). Massive MIMO and cell size reduction (with or without heterogeneous networks) are other perspectives. In the long term, I will investigate machine-to-machines communications., Les communications radio-mobiles ont connu un essor sans précédent depuis les années 1990. Les techniques de transmission, appuyées par les progrès technologiques, se sont significativement améliorées pour faire face à la double croissance du débit et du trafic. Par exemple, le principe turbo a permis d'obtenir des récepteurs quasi-optimaux, robustes, et de complexité raisonnable, tandis que les systèmes multi-antennes (MIMO) se sont imposés comme solution de croissance des efficacités spectrales pour une puissance d'émission fixe. Aujourd'hui, la principale limitation à l'augmentation du trafic et du nombre d'utilisateurs reste l'interférence. Or, les prévisions pour la décennie à venir annoncent une multiplication par un facteur mille du trafic, principalement due à l'explosion du nombre de machines connectées (communications M2M). Sans anticipation des mécanismes de gestion des interférences, les promesses ne pourront être tenues. Mes travaux de recherche s'insèrent dans ce contexte et se déclinent en trois axes principaux : le codage espace-temps, le traitement des interférences et la coopération dans des réseaux de capteurs. La conception usuelle des codes espace-temps n'intègre pas la contrainte de correction des erreurs de transmission et suppose une détection optimale en réception. En pratique, un code correcteur d'erreur est inséré dans la chaîne de transmission et selon le code espace-temps, une détection à maximum de vraisemblance est trop complexe. Nous avons donc développé un ensemble de méthodes génériques de construction de codes espace-temps correcteurs d'erreur à diversité maximale intégrant un code correcteur d'erreur dans leur définition. Les codes dérivés sont bien adaptés à une concaténation avec un code correcteur d'erreur externe et l'identification d'un code produit équivalent conduit à une structure de réception efficace et de complexité réduite. Nous avons également conçu des codes à dispersion linéaire, de rendement plein et à diversité maximale, optimisés sous les contraintes d'un code correcteur d'erreur externe et d'un turboégaliseur en réception. Les codes obtenus possèdent un meilleur état de convergence optimale du turboégaliseur, une plus petite valeur du rapport signal à bruit minimal, nécessaire à la convergence sur la borne inférieure, ainsi qu'un meilleur rapport entre la puissance crête et la puissance moyenne, comparé aux codes de la littérature. Sur un canal sélectif en fréquence, l'interférence entre symbole peut être traitée à l'émission en adoptant une forme d'onde OFDM ou en réception en utilisant un détecteur adapté. Dans le cas d'un système MIMO, s'ajoute l'interférence entre antennes. La forme d'onde OFDM offre l'avantage d'une complexité de réception moindre comparée à une égalisation temporelle d'une forme d'onde monoporteuse, au détriment de la diversité disponible. L'égalisation dans le domaine fréquentiel rend la solution monoporteuse compétitive vis-à-vis d'une solution OFDM équivalente. Nous avons donc étudié l'adaptation des codes espace-temps aux canaux sélectifs en fréquence, en imposant une forme d'onde monoporteuse et une égalisation dans le domaine fréquentiel. La complexité de la détection optimale de la concaténation du code espace-temps avec un code correcteur d'erreur la rend infaisable en pratique. Une alternative est la turboégalisation. Nous avons proposé différentes structures de turboégalisation fréquentielle pour des schémas MIMO codés OFDM et monoporteuse équivalents. L'analyse théorique de l'état optimal de convergence confirmée par des simulations démontre une diversité supérieure dans le cas monoporteuse, conduisant à une probabilité d'erreur inférieure. Par ailleurs, l'annuleur d'interférence comporte une inversion de matrice, qui contribue en grande partie au coût global de calculs. Pour réduire la complexité, nous avons proposé une structure originale et brevetée, basée sur une approximation optimisée de l'inversion matricielle à partir d'un développement en série. Des travaux récents ont démontré la croissance linéaire asymptotique (rapport signal à bruit infini) des canaux à interférence en fonction du nombre d'utilisateurs. Les schémas d'alignement d'interférence permettent d'atteindre cette limite. Nous nous sommes intéressés à l'optimisation de ces schémas pour augmenter le débit maximal pouvant être atteint dans des gammes de rapport signal à bruit pratiques. Nous avons ensuite considéré la problématique de réception sur un canal à interférence en prenant en compte différents scénarios. L'originalité du premier détecteur, appliqué dans le contexte d'une liaison montante avec coopération des stations de base, repose sur l'exploitation de la parcimonie des signaux. Ce récepteur est adapté au cas où le nombre de terminaux est supérieur au nombre de stations de base et son application n'est pas limitée par les dimensions du système. Le schéma original d'alignement d'interférence suppose la connaissance parfaite de la globalité du canal en toute extrémité. Dans le cas de la liaison descendante, cette hypothèse sera difficilement vérifiée au niveau des terminaux. Nous avons donc conçu un second détecteur, adapté à ce contexte et basé sur des techniques de séparation de source aveugle. Les principaux intérêts de ce système sont d'une part qu'il ne nécessite aucune estimation du canal en réception, limitant ainsi le nombre de données pilote requis, et d'autre part qu'il est robuste à des erreurs d'estimation du canal à l'émission (conception du schéma d'alignement d'interférence). S'agissant des réseaux de capteurs, nous avons considéré le contexte du rapport de données de mesures vers un serveur distant depuis un nombre élevé de capteurs sans fil, à l'aide d'un relais, impliquant la transmission fiable et rapide de blocs courts. Nous avons étudié une solution de coopération basée sur un code produit distribué entre les sources et le relais. La première originalité de nos travaux est l'établissement d'une approximation de la borne supérieure du débit maximal atteignable dans le cas de mots de code de longueur finie et d'une modulation à alphabet discret, fini. Elle nous a permis d'optimiser la quantité de redondance, ajoutée par le relais en fonction des conditions des canaux en présence. La seconde contribution majeure de nos travaux est le calcul d'une borne supérieure de la probabilité d'erreur en sortie d'un décodeur basé sur la minimisation de la distance minimale, prenant en compte la présence d'erreurs dans le relais. Nous avons mesuré la dégradation apportée par les erreurs sur le lien source-relais, qui permet d'établir les plages de rapports signal à bruit (source-relais et source-destination) pour lesquelles l'utilisation du relais apporte un gain et de quantifier ce gain. %Nous en avons déduit que le lien source-relais était le goulot d'étranglement du schéma coopératif et que la coopération était utile en présence de conditions favorables sur le lien source-relais, lorsque la qualité de transmission sur le lien source-destinataire était insuffisante pour garantir l'acheminement fiable des informations. Mes perspectives de recherche se situent dans la continuité de la réflexion amorcée sur la gestion des interférences, en intégrant progressivement l'interaction de la couche physique avec ses couches supérieures (MAC/réseau). J'envisage d'examiner la pertinence du Massive MIMO (nombre d'antennes côté station de base bien supérieur au nombre moyen de terminaux actifs) et/ou de la réduction de la taille des cellules (avec ou sans réseaux hétérogènes) pour répondre à la problématique de croissance des débits et du trafic sous contraintes d'efficacité d'énergie et de sécurisation des données en transit. A plus long terme, je souhaite m'investir dans la recherche d'architectures adaptées aux spécificités des communications M2M.

In this thesis, we focus on a particular type of matrices: Laurent polynomial matrices whose elements are Laurent polynomials, ie polynomials with positive and negative powers of $ z $. Such polynomials cannot be associated to a causal filter but they occur when considering the spectrum of finite impulse response filter output. First, we present the properties of Laurent polynomials and Laurent polynomial matrices. We define the L-Smith form which is an extension of the classical Smith form of a polynomial matrix and give a precise definition of the degree and the order of these matrices (sometimes confused notions in the literature). We then study para-Hermitian matrices and para-unitary matrices which are respectively equal to their para-conjugated or whose inverse is equal to the para-conjugated. We develop their properties in terms of particular degree and factorization. In system theory and signal processing, many factorizations of matrices with constant coefficients are involved: QR factorizations (using an orthogonal and a triangular matrix), LU (using two triangular matrices: one lower and one upper), SVD (singular value decomposition using two unitary matrices) EVD (eigenvalue decompositions). In particular, the spectral theorem shows that every hermitian matrix can be diagonalized using a unitary matrix. The Cholesky factorization of a hermitian positive definite matrix uses a triangular matrix and its conjugate transpose. These factorizations cannot be extended to polynomial matrices because the coefficients of these matrices do not belong to a field but a ring (that of Laurent polynomials). We show that in the general case, a polynomial EVD decomposition of a para-Hermitian matrix which is positive definite on the unit circle does not exist, but one can almost-diagonalize these matrices using para-unitary matrices which are continuous on the unit circle. Finally, we show what role para-unitary matrices factorizations plays in blind equalization of convolutive multivariable systems.; Dans ce mémoire, nous nous focaliserons sur un type de matrices particulier : les matrices polynomiales de Laurent, dont les éléments sont des polynômes de Laurent, c'est à dire des polynômes avec des puissances positives et négatives de la variable $z$. Ce type de polynômes ne peut être associé à un filtre causal mais il se rencontre notamment lorsqu'on étudie le spectre de signaux à temps discret en sortie de filtre à réponse impulsionnelle finie. Nous commencerons par présenter les propriétés des polynômes de Laurent, puis des matrices polynomiales de Laurent. Nous définirons notamment la L-forme de Smith qui est une extension de la forme de Smith classique, et donnerons une définition précise du degré et l'ordre de ces matrices (notions parfois confondues dans la littérature). Nous étudierons plus particulièrement les matrices para-hermitiennes et para-unitaires qui sont des matrices respectivement égales à leur matrice para-conjuguée ou dont l'inverse est égale à la para-conjuguée. Nous nous attacherons à développer leurs propriétés particulières en terme de degré notamment, et de factorisation. Lors de l'étude des systèmes et en traitement du signal, de nombreuses factorisations de matrices à coefficients constants interviennent: factorisations QR (à l'aide d'une matrice orthogonale et d'une matrice triangulaire), LU (à l'aide de deux matrices triangulaires: une inférieure et une supérieure), SVD (décompositions en valeurs singulières à l'aide de deux matrices unitaires), EVD (décompositions en valeurs propres-vecteurs propres). En particulier, le théorème spectral montre que toute matrice hermitienne est diagonalisable à l'aide d'une matrice unitaire, c'est-à-dire que les matrices intervenant dans l'EVD sont des matrices unitaires. La factorisation de Cholesky d'une matrice hermitienne définie positive se fait quant à elle à l'aide d'une matrice triangulaire et de sa transposée conjuguée. Ces factorisations ne peuvent pas s'étendre simplement aux matrices polynomiales car les coefficients de ces matrices n'appartiennent pas à un corps mais à un anneau (celui des polynômes de Laurent). De plus, certaines propriétés, comme par exemple la positivité, ne peuvent s'entendre que sur le cercle unité. Nous montrerons que dans le cas général, une décomposition EVD dont tous les termes sont polynomiaux pour une matrice para-hermitienne définie positive sur le cercle unité n'existe pas, mais qu'on peut presque-diagonaliser ces matrices à l'aide de matrices para-unitaires continues sur le cercle unité. Enfin, nous montrerons quel rôle jouent les factorisations des matrices para-unitaires dans l'égalisation aveugle de systèmes convolutifs multivariables.

In this thesis, we focus on a particular type of matrices: Laurent polynomial matrices whose elements are Laurent polynomials, ie polynomials with positive and negative powers of $ z $. Such polynomials cannot be associated to a causal filter but they occur when considering the spectrum of finite impulse response filter output. First, we present the properties of Laurent polynomials and Laurent polynomial matrices. We define the L-Smith form which is an extension of the classical Smith form of a polynomial matrix and give a precise definition of the degree and the order of these matrices (sometimes confused notions in the literature). We then study para-Hermitian matrices and para-unitary matrices which are respectively equal to their para-conjugated or whose inverse is equal to the para-conjugated. We develop their properties in terms of particular degree and factorization. In system theory and signal processing, many factorizations of matrices with constant coefficients are involved: QR factorizations (using an orthogonal and a triangular matrix), LU (using two triangular matrices: one lower and one upper), SVD (singular value decomposition using two unitary matrices) EVD (eigenvalue decompositions). In particular, the spectral theorem shows that every hermitian matrix can be diagonalized using a unitary matrix. The Cholesky factorization of a hermitian positive definite matrix uses a triangular matrix and its conjugate transpose. These factorizations cannot be extended to polynomial matrices because the coefficients of these matrices do not belong to a field but a ring (that of Laurent polynomials). We show that in the general case, a polynomial EVD decomposition of a para-Hermitian matrix which is positive definite on the unit circle does not exist, but one can almost-diagonalize these matrices using para-unitary matrices which are continuous on the unit circle. Finally, we show what role para-unitary matrices factorizations plays in blind equalization of convolutive multivariable systems.; Dans ce mémoire, nous nous focaliserons sur un type de matrices particulier : les matrices polynomiales de Laurent, dont les éléments sont des polynômes de Laurent, c'est à dire des polynômes avec des puissances positives et négatives de la variable $z$. Ce type de polynômes ne peut être associé à un filtre causal mais il se rencontre notamment lorsqu'on étudie le spectre de signaux à temps discret en sortie de filtre à réponse impulsionnelle finie. Nous commencerons par présenter les propriétés des polynômes de Laurent, puis des matrices polynomiales de Laurent. Nous définirons notamment la L-forme de Smith qui est une extension de la forme de Smith classique, et donnerons une définition précise du degré et l'ordre de ces matrices (notions parfois confondues dans la littérature). Nous étudierons plus particulièrement les matrices para-hermitiennes et para-unitaires qui sont des matrices respectivement égales à leur matrice para-conjuguée ou dont l'inverse est égale à la para-conjuguée. Nous nous attacherons à développer leurs propriétés particulières en terme de degré notamment, et de factorisation. Lors de l'étude des systèmes et en traitement du signal, de nombreuses factorisations de matrices à coefficients constants interviennent: factorisations QR (à l'aide d'une matrice orthogonale et d'une matrice triangulaire), LU (à l'aide de deux matrices triangulaires: une inférieure et une supérieure), SVD (décompositions en valeurs singulières à l'aide de deux matrices unitaires), EVD (décompositions en valeurs propres-vecteurs propres). En particulier, le théorème spectral montre que toute matrice hermitienne est diagonalisable à l'aide d'une matrice unitaire, c'est-à-dire que les matrices intervenant dans l'EVD sont des matrices unitaires. La factorisation de Cholesky d'une matrice hermitienne définie positive se fait quant à elle à l'aide d'une matrice triangulaire et de sa transposée conjuguée. Ces factorisations ne peuvent pas s'étendre simplement aux matrices polynomiales car les coefficients de ces matrices n'appartiennent pas à un corps mais à un anneau (celui des polynômes de Laurent). De plus, certaines propriétés, comme par exemple la positivité, ne peuvent s'entendre que sur le cercle unité. Nous montrerons que dans le cas général, une décomposition EVD dont tous les termes sont polynomiaux pour une matrice para-hermitienne définie positive sur le cercle unité n'existe pas, mais qu'on peut presque-diagonaliser ces matrices à l'aide de matrices para-unitaires continues sur le cercle unité. Enfin, nous montrerons quel rôle jouent les factorisations des matrices para-unitaires dans l'égalisation aveugle de systèmes convolutifs multivariables.

Coherent optical detection and digital signal processing are at the heart of the new generation optical transmission systems. These systems use spectrally efficient modulation formats and are very robust to the propagation impairments of the optical channel. Thus, they allow telecommunications carriers to increase dramatically the capacity of their transport networks while keeping their existing fiber infrastructures. This thesis develops various issues related to the design of digital functions for coherent optical receivers operating at 100 Gb/s and beyond. It first addresses the computational complexity of digital equalization of the optical channel, and evaluates the contribution of frequency-domain techniques in order to make the processing compatible with the implementation constraints at very high speed. The second point of the thesis concerns the potential difficulties with the use of polarization multiplexing. The final part deals with the joint equalization and carrier synchronization for application to highly spectrally efficient modulation formats.; La détection optique cohérente et le traitement numérique du signal sont au coeur de la nouvelle génération de systèmes de transmission sur fibre. Ces systèmes utilisent des formats de modulation à grande efficacité spectrale et sont très robustes à la propagation sur le canal de transmission optique. Ils offrent ainsi aux opérateurs de télécommunications les moyens de décupler la capacité de leurs réseaux de transport tout en conservant leurs infrastructures fibre existantes. Cette thèse développe différentes problématiques relatives à la conception de fonctions numériques pour les récepteurs optiques à détection cohérente fonctionnant aux débits de 100 Gbit/s et au-delà. Elle aborde les aspects de complexité calculatoire de l'égalisation numérique du canal optique, puis évalue l'apport des techniques dans le domaine fréquentiel en vue de rendre les traitements compatibles avec les contraintes matérielles de la mise en oeuvre à très haut débit. Le second point étudié concerne les difficultés potentielles de l'utilisation du multiplexage en polarisation. La dernière partie de la thèse traite de l'étude conjointe des fonctions d'égalisation et de synchronisation porteuse et phase pour l'application aux formats de modulation à très grande efficacité spectrale.

National audience

In this thesis, new precoding and equalization techniques for multicarrier systems were proposed and analyzed.First, the error performance of precoded filterbank multicarrier (FBMC) systems was analyzed. It was found out that this performance is highly sensitive to complete subchannel equalization. When there is residual intersymbol interference (ISI) stemming from imperfect subchannel equalization there is a loss of diversity; this loss can be prevented with the adoption of a number of subchannels large enough so that each subchannel suffers flat fading or with the utilization of a subchannel equalizer with sufficient length to compensate the subchannel frequency response.After that, an approximation for the signal to interference-plus-noise ratio (SINR) distribution of SC-FDE systems using linear MMSE equalization was proposed. This approximation uses the lognormal distribution with the smallest Kullback-Leibler distance to the true distribution, and was shown to be precise in the error performance sense; it serves as a system abstraction. With this abstraction, a precise method to obtain the analytical coded error performance of these systems was proposed.Finally, widely linear Tomlinson-Harashima precoders and equalizers (linear and decision-feedback) for SC-FDE systems were proposed. These precoders and equalizers have better error performance when compared to their strictly linear versions if signals coming from an improper constellation are transmitted. Their error performance when decision-feedback equalizers are used is less sensitive to the length of the feedback filter. When widely linear precoders are used, this error performance becomes less sensitive to channel estimation errors., Dans cette thèse, de nouvelles techniques d'égalisation et de précodage pour des systèmes multiporteuses ont été proposées et analysées. D'abord, la performance d'erreur des systèmes multiporteuses à base de bancs de filtres (FBMC) précodées a été analysée. Il a été découvert que cette performance est très sensible à l'égalisation complète des sous-canaux. Quand il y a de l'interference inter-symbole residuel qui vient de l'égalisation imparfaite du sous-canaux, il y a une perte de diversité; cette diversité peut être recuperée avec l'adoption d'un nombre de sous-canaux assez grand pour que chaque sous-canaux subisse de l'évanouissement plat ou avec l'utilisation d'un égaliseur de sous-canaux avec une longueur assez suffisante pour compenser cette réponse en fréquence. Après, une approximation pour la distribution du rapport signal/bruit-plus-interfèrence (SINR) des systèmes SC-FDE qui utilisent égalisation MMSE linéaire a été proposée. Cette approximation utilise la distribution lognormal avec la plus petit distance de Kullback-Leibler vers la vraie distribution, et il s'est révélé qu'elle est precise dans la performance d'erreur; elle sert aussi comme une abstraction de cette système. Avec cette abstraction, une méthode précise pour obtenir la performance d'erreur analytique codée de ces systèmes a été proposée. Finalement, des précodeurs Tomlinson-Harashima (THP) et égaliseurs (linéaires et à retour de décision) largement linéaires pour des systèmes SC-FDE ont été proposés. Ces précodeurs et égaliseurs ont une performance d'erreur mieux quand comparés avec ses versions strictement linéaires si des signaux de constellations impropres sont transmises. Aussi, la performance d'erreur quand des égaliseurs à retour de décision sont utilisés est moins sensible au longueur du filtre de retour. Quand des précodeurs largement linéaires sont utilisés, cette performance devient moins sensible à des erreurs d'estimation du canaux.

National audience; Les exigences d'égalité sont au coeur de nos pratiques juridiques. Pourtant, souvent perdues entre formules mathématiques et sentences philosophiques, leurs significations continuent de paraître brouillées. La présente étude, qui paraîtra en deux temps, se propose d'apporter un éclairage à partir des usages juridiques des exigences d'égalité. Il apparaît alors qu'il faut distinguer un droit de la non-discrimination objet de la première partie de cette étude, d'un droit de l'égalisation, objet de la seconde partie parue à la suite dans la même revue

During the last years, broadband services and Internet applications have boomed, causing saturation issues in the networks and leading to an increase in bandwidth demand. This pushed carriers to increase the capacity of WDM channels by introducing 100G and beyond systems in core and Metro networks. With the new possibilities offered by the high speed digital circuits, coherent systems have attracted a lot of attention during the last years. Apart from the receiver sensitivity, the interest lies now in the increase of spectral efficiency as well as tolerance against dispersion effects and fiber nonlinearities. In the framework of this thesis, we develop robust Digital Signal Processing (DSP) tools specific to the optical channel using polarization multiplexing (POLMUX) and Qaudrature Amplitude Modulation (QAM). Those algorithms at least deal with the operations of carrier phase recovery, frequency offset estimation, equalization and the tracking of the variation of Polarization Mode dispersion (PMD). Knowing that those algorithms are to be implemented in circuits running at some tens of MHz, the optimization of those tools is essential. Moreover, the already proposed tools are well adapted for phase modulation formats, and as QAM formats are more sensitive to signal distortions, accurate estimators and robust equalizers are still required. Our proposed algorithms are tested using a simulation setup of an optical transmission system using coherent detection and POLMUX-16QAM modulation. They are also validated with offline processing of real measurements carried out in the Heinrich Hertz Institut, Berlin in the framework of the European Network of Excellence EURO-FOS., Au cours des dernières années, les services haut débit et les applications Internet ont explosé, provoquant un problème de saturation dans les réseaux et engendrant une augmentation de la demande de débit. Ceci a poussé les opérateurs à augmenter la capacité de leurs systèmes de transmission optiques WDM en introduisant les systèmes 100G et plus dans les réseaux coeurs. Avec les nouvelles possibilités offertes par les circuits numériques rapides, les systèmes optiques à réception cohérente ont attiré beaucoup d'attention durant ces dernières années. Outre l'amélioration de la sensibilité du récepteur, l'intérêt réside aussi dans l'augmentation de l'efficacité spectrale ainsi que la robustesse contre les effets de propagation dans les fibres. Dans cette thèse, nous développons des outils robustes de traitement numérique du signal spécifiques au canal optique et aux transmissions utilisant le multiplexage de polarisation(POLMUX) et des modulations de phase et d'amplitude (QAM). Ces algorithmes effectuent les opérations d'estimation de phase et de l'écart de fréquence, ainsi que d'égalisation et poursuite des variations du canal. L'optimisation de ces algorithmes est essentielle vu qu'ils sont à implémenter dans des circuits opérant à quelques dizaines de MHz. En outre, comme les QAMs sont plus sensibles aux distorsions du canal, il est essentiel de construire des algorithmes plus robustes et des estimateurs plus précis que ceux déjà proposés pour les modulations de phase. Nos algorithmes sont testés à travers des simulations d'un système POLMUX-16QAM et validés par un traitement offline des mesures expérimentales réalisées à HHI, Berlin dans le cadre du projet EURO-FOS

Mes activités de recherche ont été essentiellement réalisées au sein du département Signal et Communications où j'ai été recruté en 1997. Mon domaine de compétences englobe les communications numériques, le traitement du signal et de l'information et d'une manière générale la conception de récepteurs pour des transmissions numériques sur des canaux sélectifs en fréquences. Sur ces canaux fortement perturbés, plusieurs techniques peuvent être utilisées afin d'améliorer les performances de la communication. On citera notamment, les transmissions multi-porteuses, les techniques d'étalement de spectre et l'égalisation numérique associée aux transmissions mono-porteuse. La plupart de mes travaux de recherche ont été exécutés dans le contexte de contrats d'études. Cependant les sujets abordés étant suffisamment amonts, il m'a été possible d'apporter quelques contributions innovantes notamment en égalisation numérique.

International audience; In this paper, we describe an efficient approach to overcome the need for matrix inversion required in most wired applications encountered in practice. In particular, MMSE equalization based on series expansion to approximate the matrix inversion is addressed. By adjusting a scaling factor, the series expansion is directly optimized according to a fixed order with respect to a system performance criterion. In comparison with previous approaches, the resulting equalizer enables improved BER performance according to a fixed order, in addition to low complexity without the need for a complicated eigenvalue calculation procedure.

cote interne IRCAM: Corteel07a; None / None; National audience; The synthesis of directional sources using Wave Field Synthesis is described. The proposed formulation relies on an ensemble of elementary directivity functions based on a subset of spherical harmonics. These can be combined to create and manipulate directivity characteristics of the synthesized virtual sources. The WFS formulation introduces artifacts in the synthesized sound field for both ideal and real loudspeakers. These artifacts can be partly compensated for using dedicated equalization techniques. A multichannel equalization technique is shown to provide accurate results thus enabling for the manipulation of directional sources with limited reconstruction artifacts. Applications of directional sources to the control of the direct sound field and the interaction with the listening room are discussed.

cote interne IRCAM: Corteel06b; None / None; National audience; Wave Field Synthesis (WFS) targets the synthesis of the physical characteristics of a sound field in an extended listening area. This synthesis is however accompanied by noticeable reconstruction artifacts. They are due both to loudspeaker radiation characteristics and approximations to the underlying physical principles. These artifacts may introduce coloration that must be be compensated for over the entire listening area. Multichannel equalization techniques allow for the control of the sound field produced by a loudspeaker array at a limited number of positions. The control can be extended to a large portion of space by employing a new method that combines multichannel equalization with a linear microphone array-based description of the sound field and accounts for WFS rendering characteristics and limitations. The proposed method is evaluated using an objective coloration criterion. Its benefits compared to conventional equalization techniques are pointed out both for ideal omnidirectional loudspeakers and Multi-Actuator Panels.

This thesis report presents some new methods to improve the channel estimation, equalization, and coding for inter symbol interference channels. We begin by a new iterative procedure for channel estimation and detection, named Observation Separation, in a turbo equalization scheme for systems using high level modulation. We extend this technique to the mapping iterative detection. We suggest a binary mapping optimized of 16-QAM constellation to increase the coding gain. Then, we present a decoding algorithm for non binary codes which is accelerated by using the Fast Hadamard Transformer, and with reduced complexity thanks to the duel code. We suggest a new adaptive LDPC code which can be simply applied to the OFDM system and decoded by the rule designed beforehand. Finally, we improve the performance of turbo equalization, by combining all the techniques defined beforehand: non binary LDPC code, interference cancellation equalizer, separation observation and non binary LDPC decoding., Ce rapport de thèse présente des nouvelles méthodes pour l'estimation de canal, l'égalisation et le codage pour des canaux avec interférence entre symboles. On commence par une nouvelle procédure itérative d'estimation de canal et de détection, appelée la Séparation de l'Observation, dans un schéma de turbo égalisation pour des systèmes utilisant des modulations à grande taille. On étend cette technique à la détection itérative des étiquetages. On propose un étiquetage binaire optimisé de la constellation 16-QAM dans l'ordre d'augmenter le gain de codage. Ensuite, on présente un algorithme de décodage pour les codes non binaires qui est accéléré par l'utilisation de la transformée d'Hadamard rapide, et à complexité réduite grâce au code dual. On propose des nouveaux codes LDPC adaptatives qui peuvent être facilement appliqué dans un système OFDM et décodé par la règle conçue auparavant. Finalement, on améliore les performances de la turbo égalisation, en combinant tous les techniques définies auparavant: code LDPC non binaire, égaliseur à suppression d'interférence, séparation d'observation et décodage LDPC non binaire.

A broad class of physical systems can be represented using the Volterra model. Particularly, it was shown that a truncated Volterra model could represent any non-linear system, time-invariant with fading memory. This model is thus particularly attractive for non-linear systems modeling and identification purpose. One of the main advantages of the Volterra model is its linearity-in-parameters, i.e. the kernel coefficients. This property allows the extension of some results established for linear model identification to this model. In addition, one can note that the Volterra model can be viewed as the natural extension of the impulse response concept of linear systems to non-linear systems. However, some limitations are to be circumvent: the number of parameters which can be very high and the ill conditioning of the matrix of the input moments used in the model estimation in the Minimal Mean Square Error (MMSE) sense. It should be noted that this ill conditioning is also the origin of the convergence slowness of the LMS (Least Mean Squares). This thesis mainly deals with these two issues. The proposed solutions are primarily based on the orthogonality concept. Firstly, orthogonality is considered according to the model structure by expanding the Volterra kernels on an orthogonal basis of rational functions. The parsimony of the expansion is strongly linked to the basis selection. In order to get parsimonious expansions, we developed new tools for Laguerre bases and Generalized Orthonormal bases (GOB) optimization. Secondly, orthogonality is considered in relation with the input signals. By exploiting the statistical properties of the input signal, multivariable orthogonal polynomials were built. The parameters of the Volterra model expanded on such bases are then estimated without any matrix inversion, which significantly simplifies the parametric estimation in the MMSE sense. The input signals orthogonalization was also considered via a Gram-Schmidt procedure. In an adaptive context, the speed convergence of LMS type algorithms is accelerated without an excessive additional computational cost. Some physical systems can be represented using a simplified Volterra model, with low parametric complexity, such as the Hammerstein and the Wiener models. That is the case of the Radio-over-fiber channel. We show particularly that a Wiener model and a Hammerstein model can respectively represent the corresponding uplink and downlink channels. In the SISO case, by using an input precoding, we suggest new algorithms for the joint estimation of the channel coefficients and the transmitted symbols in a semi-blind approach. For the uplink channel, a multi-sensors configuration is also considered. For such a configuration, thanks to a specific input precoding, we exploit the spatial diversity introduced by the sensors and the temporal diversity to obtain a tensorial representation of the received signal. By applying the tensorial decomposition technique known as PARAFAC, we carry out the joint estimation of the channel and the transmitted symbols in a blind way. Keywords: Modeling, Identification, Orthogonal Bases, Laguerre basis, Generalized orthonormal basis, orthogonal polynomials, pole optimization, parametric complexity reduction, equalization, Volterra model, Wiener model, Hammerstein model, PARAFAC decomposition.; Une large classe de systèmes physiques peut être représentée à l'aide du modèle de Volterra. Il a notamment été montré que tout système non-linéaire, invariant dans le temps et à mémoire évanouissante peut être représenté par un modèle de Volterra de mémoire et d¤ordre finis. Ce modèle est donc particulièrement attrayant pour les besoins de modélisation et d'identification de systèmes non-linéaires. Un des atouts majeurs du modèle de Volterra est la linéarité par rapport à ses paramètres, c¤est à dire les coefficients de ses noyaux. Cette caractéristique permet d'étendre à ce modèle certains résultats établis pour l'identification des modèles linéaires. Il est à noter que le modèle de Volterra peut, par ailleurs, être vu comme une extension naturelle de la notion de réponse impulsionnelle des systèmes linéaires aux systèmes non-linéaires. Toutefois, certaines limitations sont à circonvenir: un nombre de paramètres qui peut être très élevé et un mauvais conditionnement de la matrice des moments de l'entrée intervenant dans l¤estimation du modèle au sens de l¤erreur quadratique moyenne minimale (EQMM). Il est à noter que ce mauvais conditionnement est aussi à l¤origine de la lenteur de convergence des algorithmes adaptatifs de type LMS (Least Mean Squares). Cette thèse traite principalement de ces deux questions. Les solutions apportées sont essentiellement basées sur la notion d'orthogonalité. D'une part, l'orthogonalité est envisagée vis à vis de la structure du modèle en développant les noyaux de Volterra sur une base orthogonale de fonctions rationnelles. Ce développement est d'autant plus parcimonieux que la base est bien choisie. Pour ce faire, nous avons développé de nouveaux outils d'optimisation des bases de Laguerre et BFOR (Base de Fonctions Orthonormales Rationnelles) pour la représentation des noyaux de Volterra. D'autre part, l'orthogonalité est envisagée en rapport avec les signaux d'entrée. En exploitant les propriétés statistiques de l¤entrée, des bases de polynômes orthogonaux multivariables ont été construites. Les paramètres du modèle de Volterra développé sur de telles bases sont alors estimés sans aucune inversion matricielle, ce qui simplifie significativement l¤estimation paramétrique au sens EQMM. L¤orthogonalisation des signaux d¤entrée a aussi été envisagée via une procédure de Gram-Schmidt. Dans un contexte adaptatif, il en résulte une accélération de la convergence des algorithmes de type LMS sans un surcoût de calcul excessif. Certains systèmes physiques peuvent être représentés à l¤aide d¤un modèle de Volterra simplifié, à faible complexité paramétrique, tel que le modèle de Hammerstein et celui de Wiener. C¤est le cas d¤un canal de communication représentant l'accès à un réseau sans fil via une fibre optique. Nous montrons notamment que les liaisons montante et descendante de ce canal peuvent respectivement être représentées par un modèle de Wiener et par un modèle de Hammerstein. Dans le cas mono-capteur, en utilisant un précodage de la séquence d'entrée, nous développons une solution permettant de réaliser l'estimation conjointe du canal de transmission et des symboles transmis de manière semiaveugle. Il est à noter que, dans le cas de la liaison montante, une configuration multi-capteurs peut aussi être envisagée. Pour une telle configuration, grâce à un précodage spécifique de la séquence d¤entrée, nous exploitons la diversité spatiale introduite par les capteurs et la diversité temporelle de sorte à obtenir une représentation tensorielle du signal reçu. En appliquant la technique de décomposition tensorielle dite PARAFAC, nous réalisons l'estimation conjointe du canal et des symboles émis de manière aveugle. Mots clés: Modélisation, Identification, Bases orthogonales, Base de Laguerre, Base de fonctions orthonormales rationnelles, Polynômes orthogonaux, Optimisation de pôles, Réduction de complexité, Egalisation, Modèle de Volterra, Modèle de Wiener, Modèle de Hammerstein, Décomposition PARAFAC.

A broad class of physical systems can be represented using the Volterra model. Particularly, it was shown that a truncated Volterra model could represent any non-linear system, time-invariant with fading memory. This model is thus particularly attractive for non-linear systems modeling and identification purpose. One of the main advantages of the Volterra model is its linearity-in-parameters, i.e. the kernel coefficients. This property allows the extension of some results established for linear model identification to this model. In addition, one can note that the Volterra model can be viewed as the natural extension of the impulse response concept of linear systems to non-linear systems. However, some limitations are to be circumvent: the number of parameters which can be very high and the ill conditioning of the matrix of the input moments used in the model estimation in the Minimal Mean Square Error (MMSE) sense. It should be noted that this ill conditioning is also the origin of the convergence slowness of the LMS (Least Mean Squares). This thesis mainly deals with these two issues. The proposed solutions are primarily based on the orthogonality concept. Firstly, orthogonality is considered according to the model structure by expanding the Volterra kernels on an orthogonal basis of rational functions. The parsimony of the expansion is strongly linked to the basis selection. In order to get parsimonious expansions, we developed new tools for Laguerre bases and Generalized Orthonormal bases (GOB) optimization. Secondly, orthogonality is considered in relation with the input signals. By exploiting the statistical properties of the input signal, multivariable orthogonal polynomials were built. The parameters of the Volterra model expanded on such bases are then estimated without any matrix inversion, which significantly simplifies the parametric estimation in the MMSE sense. The input signals orthogonalization was also considered via a Gram-Schmidt procedure. In an adaptive context, the speed convergence of LMS type algorithms is accelerated without an excessive additional computational cost. Some physical systems can be represented using a simplified Volterra model, with low parametric complexity, such as the Hammerstein and the Wiener models. That is the case of the Radio-over-fiber channel. We show particularly that a Wiener model and a Hammerstein model can respectively represent the corresponding uplink and downlink channels. In the SISO case, by using an input precoding, we suggest new algorithms for the joint estimation of the channel coefficients and the transmitted symbols in a semi-blind approach. For the uplink channel, a multi-sensors configuration is also considered. For such a configuration, thanks to a specific input precoding, we exploit the spatial diversity introduced by the sensors and the temporal diversity to obtain a tensorial representation of the received signal. By applying the tensorial decomposition technique known as PARAFAC, we carry out the joint estimation of the channel and the transmitted symbols in a blind way. Keywords: Modeling, Identification, Orthogonal Bases, Laguerre basis, Generalized orthonormal basis, orthogonal polynomials, pole optimization, parametric complexity reduction, equalization, Volterra model, Wiener model, Hammerstein model, PARAFAC decomposition.; Une large classe de systèmes physiques peut être représentée à l'aide du modèle de Volterra. Il a notamment été montré que tout système non-linéaire, invariant dans le temps et à mémoire évanouissante peut être représenté par un modèle de Volterra de mémoire et d¤ordre finis. Ce modèle est donc particulièrement attrayant pour les besoins de modélisation et d'identification de systèmes non-linéaires. Un des atouts majeurs du modèle de Volterra est la linéarité par rapport à ses paramètres, c¤est à dire les coefficients de ses noyaux. Cette caractéristique permet d'étendre à ce modèle certains résultats établis pour l'identification des modèles linéaires. Il est à noter que le modèle de Volterra peut, par ailleurs, être vu comme une extension naturelle de la notion de réponse impulsionnelle des systèmes linéaires aux systèmes non-linéaires. Toutefois, certaines limitations sont à circonvenir: un nombre de paramètres qui peut être très élevé et un mauvais conditionnement de la matrice des moments de l'entrée intervenant dans l¤estimation du modèle au sens de l¤erreur quadratique moyenne minimale (EQMM). Il est à noter que ce mauvais conditionnement est aussi à l¤origine de la lenteur de convergence des algorithmes adaptatifs de type LMS (Least Mean Squares). Cette thèse traite principalement de ces deux questions. Les solutions apportées sont essentiellement basées sur la notion d'orthogonalité. D'une part, l'orthogonalité est envisagée vis à vis de la structure du modèle en développant les noyaux de Volterra sur une base orthogonale de fonctions rationnelles. Ce développement est d'autant plus parcimonieux que la base est bien choisie. Pour ce faire, nous avons développé de nouveaux outils d'optimisation des bases de Laguerre et BFOR (Base de Fonctions Orthonormales Rationnelles) pour la représentation des noyaux de Volterra. D'autre part, l'orthogonalité est envisagée en rapport avec les signaux d'entrée. En exploitant les propriétés statistiques de l¤entrée, des bases de polynômes orthogonaux multivariables ont été construites. Les paramètres du modèle de Volterra développé sur de telles bases sont alors estimés sans aucune inversion matricielle, ce qui simplifie significativement l¤estimation paramétrique au sens EQMM. L¤orthogonalisation des signaux d¤entrée a aussi été envisagée via une procédure de Gram-Schmidt. Dans un contexte adaptatif, il en résulte une accélération de la convergence des algorithmes de type LMS sans un surcoût de calcul excessif. Certains systèmes physiques peuvent être représentés à l¤aide d¤un modèle de Volterra simplifié, à faible complexité paramétrique, tel que le modèle de Hammerstein et celui de Wiener. C¤est le cas d¤un canal de communication représentant l'accès à un réseau sans fil via une fibre optique. Nous montrons notamment que les liaisons montante et descendante de ce canal peuvent respectivement être représentées par un modèle de Wiener et par un modèle de Hammerstein. Dans le cas mono-capteur, en utilisant un précodage de la séquence d'entrée, nous développons une solution permettant de réaliser l'estimation conjointe du canal de transmission et des symboles transmis de manière semiaveugle. Il est à noter que, dans le cas de la liaison montante, une configuration multi-capteurs peut aussi être envisagée. Pour une telle configuration, grâce à un précodage spécifique de la séquence d¤entrée, nous exploitons la diversité spatiale introduite par les capteurs et la diversité temporelle de sorte à obtenir une représentation tensorielle du signal reçu. En appliquant la technique de décomposition tensorielle dite PARAFAC, nous réalisons l'estimation conjointe du canal et des symboles émis de manière aveugle. Mots clés: Modélisation, Identification, Bases orthogonales, Base de Laguerre, Base de fonctions orthonormales rationnelles, Polynômes orthogonaux, Optimisation de pôles, Réduction de complexité, Egalisation, Modèle de Volterra, Modèle de Wiener, Modèle de Hammerstein, Décomposition PARAFAC.

Since several years, multi-antenna systems are foreseen as a potential solution for increasingthe throughput of future wireless communication systems. The aim of this thesis is to studyand to improve the transmitter and receiver's techniques of these MIMO (Multiple InputMultiple Output) systems in the context of a multi-carrier transmission.On the one hand, the OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplex) modulation,which transform a frequency selective channel into multiple non frequency selective channels,is particularly well adapted to the conception of MIMO receivers with low complexity.On the other hand, two techniques allowing to improve the exploitation of frequentialand/or temporal diversities are associated with OFDM, namely linear precoding (LP-OFDM)and CDMA in a MC-CDMA (Multicarrier Code division Multiplex Access) scheme.We have associated LP-OFDM and MC-CDMA with two MIMO techniques which requireno channel state information at the transmitter, that is STBC (Space-Time Block Coding)and spatial multiplexing.It is shown that for these two systems MIMO MC-CDMA and MIMO LP-OFDM, spatial,temporal and frequential diversities are efficiently exploited.The advantage of the association with orthogonal STBC is that low complexity receiverscan be implemented. In fact, for a STBC LP-OFDM system, a simple linear MMSE equalizerleads to performance close to those obtained with a Maximum Likelihood (ML) receiver allowingthe use of large linear precoding matrices. For STBC MC-CDMA, like SISO MC-CDMA,single-user detectors leads to the best tradeoff performance/complexity.When LP-OFDM or MC-CDMA are associated with spatial multiplexing, the surplusof complexity for the receivers is inherent to the multi-antenna interference. We have alsodemonstrated that the implementation of a simple MMSE receiver requiring the inversion ofthe MIMO channel matrix leads to very good performance. A similar process can be appliedfor non orthogonal STBC.Combined with an iterative process when channel coding is inserted at the transmitter,all these systems can reach the matched filter bound performance close to the gaussian curveperformance using simple operations.The gain in spectral efficiency and performance is to the advantage of spatial multiplexingtechniques because they benefit from the linear augmentation of the capacity with the minimumnumber of transmit and receive antennas. The trade-off between throughput andcomplexity will indicate the choice of the MIMO system to associate with LP-OFDM andMC-CDMA. Theoretical channels as well as realistic channels are simulated with or withoutcorrelation between antennas., Depuis quelques années, les techniques multi-antennes sont envisagées comme solutionpotentielle pour augmenter le débit des futurs systèmes de communications sans fils. L'objectifde cette thèse est d'étudier et d'améliorer les techniques d'émission et de réception de cessystèmes MIMO (Multiple Input Multiple Output) dans un contexte multi-porteuses.En effet, l'OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplex), qui permet de transformerun canal sélectif en fréquence en de multiples canaux non sélectifs, est particulièrement bienadapté à la conception de récepteurs MIMO peu complexes.D'autre part, deux techniques permettant d'améliorer l'exploitation de la diversité fréquentielleet/ou temporelle sont associées à l'OFDM, à savoir le précodage linéaire (LP-OFDM) etle CDMA dans un schéma de type MC-CDMA (Multicarrier-Code division Multiplex Access).Nous avons associé le LP-OFDM et le MC-CDMA à deux techniques MIMO ne nécessitantpas de connaissance du canal à l'émission, le codage espace-temps en blocs STBC (Space-TimeBlock Coding) et le multiplexage spatial.On montre que pour les deux systèmes MIMO MC-CDMA et MIMO LP-OFDM, les diversitésspatiales, temporelles et fréquentielles sont efficacement exploitées.L'avantage de l'association avec les STBC orthogonaux est que des récepteurs particulièrementsimples peuvent être mis en oeuvre. En effet, pour un système STBC LP-OFDM, unsimple égaliseur linéaire MMSE fournit des performances proches de celles obtenues avec unrécepteur à maximum de vraisemblance permettant l'utilisation de grandes matrices de précodage.En STBC MC-CDMA, des récepteurs mono-utilisateur conduisent, comme en SISOMC-CDMA, au meilleur compromis performances/complexité.Lorsque le LP-OFDM ou le MC-CDMA sont associés à du multiplexage spatial, le surplusde complexité des récepteurs est inhérent à la gestion de l'interférence multi-antennes. Nousavons démontré que la mise en oeuvre d'un simple récepteur de type MMSE nécessitantl'inversion de la matrice de canal MIMO conduit à de très bonnes performances. Un processussimilaire peut également être appliqué pour des STBC non orthogonaux.Associés à un système itératif lors de l'insertion d'un codage de canal à l'émission, tousces systèmes peuvent atteindre les performances de la borne du filtre adapté proche des performancesde la courbe gaussienne en utilisant de simples opérations.Le gain en efficacité spectrale et en performances est à l'avantage des techniques à multiplexagespatial car elles profitent de l'augmentation linéaire de la capacité avec le minimumdu nombre d'antennes d'émission et de réception. Le compromis débit/complexité indiquerale choix du système MIMO à associer au LP-OFDM ou au MC-CDMA. Les performances sontétudiées avec ou sans corrélation et sur des canaux théoriques et réalistes.

Since several years, multi-antenna systems are foreseen as a potential solution for increasingthe throughput of future wireless communication systems. The aim of this thesis is to studyand to improve the transmitter and receiver's techniques of these MIMO (Multiple InputMultiple Output) systems in the context of a multi-carrier transmission.On the one hand, the OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplex) modulation,which transform a frequency selective channel into multiple non frequency selective channels,is particularly well adapted to the conception of MIMO receivers with low complexity.On the other hand, two techniques allowing to improve the exploitation of frequentialand/or temporal diversities are associated with OFDM, namely linear precoding (LP-OFDM)and CDMA in a MC-CDMA (Multicarrier Code division Multiplex Access) scheme.We have associated LP-OFDM and MC-CDMA with two MIMO techniques which requireno channel state information at the transmitter, that is STBC (Space-Time Block Coding)and spatial multiplexing.It is shown that for these two systems MIMO MC-CDMA and MIMO LP-OFDM, spatial,temporal and frequential diversities are efficiently exploited.The advantage of the association with orthogonal STBC is that low complexity receiverscan be implemented. In fact, for a STBC LP-OFDM system, a simple linear MMSE equalizerleads to performance close to those obtained with a Maximum Likelihood (ML) receiver allowingthe use of large linear precoding matrices. For STBC MC-CDMA, like SISO MC-CDMA,single-user detectors leads to the best tradeoff performance/complexity.When LP-OFDM or MC-CDMA are associated with spatial multiplexing, the surplusof complexity for the receivers is inherent to the multi-antenna interference. We have alsodemonstrated that the implementation of a simple MMSE receiver requiring the inversion ofthe MIMO channel matrix leads to very good performance. A similar process can be appliedfor non orthogonal STBC.Combined with an iterative process when channel coding is inserted at the transmitter,all these systems can reach the matched filter bound performance close to the gaussian curveperformance using simple operations.The gain in spectral efficiency and performance is to the advantage of spatial multiplexingtechniques because they benefit from the linear augmentation of the capacity with the minimumnumber of transmit and receive antennas. The trade-off between throughput andcomplexity will indicate the choice of the MIMO system to associate with LP-OFDM andMC-CDMA. Theoretical channels as well as realistic channels are simulated with or withoutcorrelation between antennas., Depuis quelques années, les techniques multi-antennes sont envisagées comme solutionpotentielle pour augmenter le débit des futurs systèmes de communications sans fils. L'objectifde cette thèse est d'étudier et d'améliorer les techniques d'émission et de réception de cessystèmes MIMO (Multiple Input Multiple Output) dans un contexte multi-porteuses.En effet, l'OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplex), qui permet de transformerun canal sélectif en fréquence en de multiples canaux non sélectifs, est particulièrement bienadapté à la conception de récepteurs MIMO peu complexes.D'autre part, deux techniques permettant d'améliorer l'exploitation de la diversité fréquentielleet/ou temporelle sont associées à l'OFDM, à savoir le précodage linéaire (LP-OFDM) etle CDMA dans un schéma de type MC-CDMA (Multicarrier-Code division Multiplex Access).Nous avons associé le LP-OFDM et le MC-CDMA à deux techniques MIMO ne nécessitantpas de connaissance du canal à l'émission, le codage espace-temps en blocs STBC (Space-TimeBlock Coding) et le multiplexage spatial.On montre que pour les deux systèmes MIMO MC-CDMA et MIMO LP-OFDM, les diversitésspatiales, temporelles et fréquentielles sont efficacement exploitées.L'avantage de l'association avec les STBC orthogonaux est que des récepteurs particulièrementsimples peuvent être mis en oeuvre. En effet, pour un système STBC LP-OFDM, unsimple égaliseur linéaire MMSE fournit des performances proches de celles obtenues avec unrécepteur à maximum de vraisemblance permettant l'utilisation de grandes matrices de précodage.En STBC MC-CDMA, des récepteurs mono-utilisateur conduisent, comme en SISOMC-CDMA, au meilleur compromis performances/complexité.Lorsque le LP-OFDM ou le MC-CDMA sont associés à du multiplexage spatial, le surplusde complexité des récepteurs est inhérent à la gestion de l'interférence multi-antennes. Nousavons démontré que la mise en oeuvre d'un simple récepteur de type MMSE nécessitantl'inversion de la matrice de canal MIMO conduit à de très bonnes performances. Un processussimilaire peut également être appliqué pour des STBC non orthogonaux.Associés à un système itératif lors de l'insertion d'un codage de canal à l'émission, tousces systèmes peuvent atteindre les performances de la borne du filtre adapté proche des performancesde la courbe gaussienne en utilisant de simples opérations.Le gain en efficacité spectrale et en performances est à l'avantage des techniques à multiplexagespatial car elles profitent de l'augmentation linéaire de la capacité avec le minimumdu nombre d'antennes d'émission et de réception. Le compromis débit/complexité indiquerale choix du système MIMO à associer au LP-OFDM ou au MC-CDMA. Les performances sontétudiées avec ou sans corrélation et sur des canaux théoriques et réalistes.