The syndrome source coding for lossless data compression with side information based on fixed-length linear block codes is the main emphasis of this work. We demonstrate that the source entropy rate can be achieved for syndrome source coding with side information when the sources are correlated. Next, we examine employing LDPC codes to apply the channel and syndrome concepts in order to satisfy the Slepian Wolf limit. Our findings indicate that irregular codes perform significantly better when the compression ratio is larger. Additionally, we looked at how well different applications performed when running on two different mobile networks. We have tested those applications which are used in our day-to-day life. Our main focus is to make wireless communication much easier. We know that nowadays data is increasing which led to increase in the transfer of data. There are a lot of errors while doing so like channel error, bit error rate, jitter, etc. To overcome such kind of problems compression and decompression should be done effectively without any complexity to achieve a high performance ratio.

Le futur réseau mobile 5G est prévu pour être déployé à partir de 2020, dans un contexte d’évolution exponentielle du marché de la téléphonie mobile et du volume de données échangées. La 5G servira de levier à des applications révolutionnaires qui permettront l’émergence du monde connecté. Dans ce but, plusieurs spécifications pour le réseau sont attendues même si aucun standard n’est encore défini et notamment une faible latence, une consommation d’énergie réduite et un haut débit de données. Les bandes de fréquences traditionnellement utilisées dans les réseaux mobiles ne permettront pas d’atteindre les performances visées et plusieurs bandes de fréquences millimétriques sont à l’étude pour créer un spectre complémentaire. Cependant, ces bandes de fréquence millimétriques souffrent d’une forte atténuation dans l’air et dans les matériaux de construction. Plusieurs techniques vont être implémentées pour outrepasser ces limitations dans les zones urbaines denses comme le backhauling, FD-MIMO et beamforming phased array. Ces techniques entraînent l’utilisation d’un grand nombre de transmetteurs dans les stations de bases et dans les dispositifs de l’utilisateur final. La technologie CMOS offre d’indéniables avantages pour ce marché de masse tandis que la technologie FD-SOI offre des performances et fonctionnalités additionnelles. L’amplificateur de puissance est le bloc le plus critique à concevoir dans un transmetteur et consomme le plus d’énergie. Afin d’adresser les challenges de la 5G, plusieurs spécifications concernant la puissance consommée, la linéarité et le rendement sont attendues. Les variations de l’environnement dans les beamforming phased array et le contexte industriel nécessitent des topologies robustes alors qu’une reconfigurabilité au niveau de l’amplificateur de puissance est bénéfique dans le cas de circuits adaptatifs. Cette thèse adresse ces challenges en explorant la conception d’un amplificateur de puissance reconfigurable et robuste pour des applications 5G en intégrant des techniques de design spécifiques et en mettant en avant les avantages de la technologie 28nm FD-SOI pour la reconfigurabilité. / The 5G future mobile network is planned to be deployed from 2020, in a context of exponential mobile market and exchanged data volume evolution. The 5G will leverage revolutionary applications for the advent of the connected world. For this purpose, several network specifications are expected notably low latency, reduced power consumption and high data-rates even if no standard is yet defined. The frequency bands traditionally used for mobile networks will not permit the needed performances and several mmW frequency bands are under study to create a complementary frequency spectrum. However, these mmW frequency bands suffer from large attenuation inbuilding material and in free-space. Therefore, several techniques will be implemented to tackle these limitations indense urban areas like backhauling, FD-MIMO and beamforming phased array. This is leading to a large number of transceivers for base stations and end-user devices. CMOS technology offers undeniable advantages for this mass market while FD-SOI technology offers additional features and performances. The power amplifier is the most critical block to design in a transceiver and is also the most power consuming. To address the 5G challenges, several specifications concerning power consumption, linearity and efficiency are expected. The environment variations inbeamforming phased array and the industrial context drive the need for robust topologies while power amplifier reconfigurability is benefic in a context of adaptive circuits. This thesis addresses these challenges by exploring the conception of a robust and reconfigurable power amplifier targeting 5G applications while integrating specific design techniques and taking advantage of 28nm FD-SOI CMOS technology features for reconfigurability purposes.

Avec l'augmentation du trafic de données, la multiplication des objets connectés et la diversification des types de communication, la cinquième génération de réseaux cellulaires (5G) doit relever un grand nombre de défis. Dans ce contexte, les systèmes« massive MIMO » présentent de nombreux avantages en utilisant un grand nombre d'antennes combiné à des techniques de traitement de signal adaptées. De plus, l'utilisation de la modulation FBMC/OQAM au lieu de la modulation OFDM pourrait améliorer la performance des systèmes dans ce11aines situations. En premier lieu, cette thèse se centre sur des scénarios véhiculaires. En par1iculier, les systèmes« massive MIMO » sont proposés dans le but de combattre les interférences dues à l'effet Doppler pour la voie montante. Nous montrons ainsi de manière analytique que l'augmentation du nombre d'antennes implique une réduction drastique de l'impact de l'effet Doppler. De plus, les performances des modulations OFDM et FBMC/OQAM sont comparées dans ce contexte pour des environnements« Non-Line-Of-Sight » (NLOS) et« Line-Of-Sight » (LOS). Le second scéna1io étudié dans cette thèse considère les communications dans des zones mal desservies. Dans ce contexte, les systèmes« massive MIMO » permettent de créer un lien sans-fil longue-po11ée de type« backhaul » entre deux stations de base. Ainsi, le coût de déploiement des réseaux r cellulaires est réduit. Dans cette thèse, un nouveau précodeur « massive MIMO » est proposé dans le but d'utiliser la même bande de fréquence pour le liens accès et« backhaul ». De plus, l'impact d'une désynchronisation entre les liens d'accès et le lien « backhaul » est étudié et l'utilisation de la modulation FBMC/OQAM pour le lien« backhaul » est examinée. / ESUME DE LA THESE EN ANGLAIS With the increase of the global data tmffic, the multiplication of co1mected devices and the diversification of the communication types, the fifth generation of cellular networks (5G) has to overcome a se1ies of challenges. In this context, massive MlMO systems hold a wide range of benefits by using a large number of antennas combined with appropriate signal processing techniques. Additionally, the use of the FBMC/OQAM modulation instead of the classical OFDM modulation may enhance the performance of the systems in cer1ain situations. Firstly, this thesis focuses on vehicular scenarios. In par1icular, massive MIMO systems are proposed to overcome the interference due to the Doppler effect for the uplink. We thus analytically highlight that increasing the number of receive antermas induces a drastic reduction of the impact of the Doppler effect. Moreover, the perfonnance of the OFDM and the FBMC/OQAM modulations are compared in this context for Non-Line-Of-Sight (NLOS) and Line-Of-Sight (LOS) environments. The second scenario investigated in this thesis considers communications in wide underse1ved areas. In this context, massive MIMO systems allow to create a long-range wireless back.haul link between two base stations. Thereby, the cost of deployment of the cellular networks is reduced. In this thesis r a new massive MLMO precoding technique is proposed in order to use the same fequency band for the backhaul link and the access links. Moreover, the impact of a desynchronization between the back haul link and the access links is studied and the use of the FBMC/OQAM modulation for the backhaul link is discussed.

Cette thèse a apporté une contribution au défi de la caractérisation des canaux radios en bandes millimétriques ainsi que la validation d'un outil de simulation déterministe à travers un grand nombre de campagnes de mesures réalisées dans divers scénarios représentatives. Des questions de recherche liées à la caractérisation des canaux radio en bandes millimétriques et sa prédiction à travers un outil de simulation déterministe ont été abordées. Fournir des résultats précis et reproductibles est nécessaire dans le développement d'un système de communication. Ce défi peut être relevé en réalisant des campagnes de mesures qui capturent la réalité du canal de propagation constituant le point de départ. Dans cette thèse, les principales motivations scientifiques derrière ces campagnes de mesures étaient d'étudier la variabilité dans le temps et l'effet de l'environnement sur le canal de propagation dans les bandes millimétriques. Les bandes de fréquences adressées dans cette thèse sont identifiées comme étant importantes par l'UIT en vue d'un futur déploiement de la 5G à savoir 15, 28, 32 et 83 GHz. Les environnements considérés sont une conférence room, bureau, bibliothèque et micro-cellulaire. Les campagnes de mesures ont été menées en utilisant un sondage de canal fréquentiel avec l'utilisation d'un analyseur de réseau. L'exploitation des résultats de mesures ont permis d'apporter des éléments de réponses concernant le canal de propagation dans ces bandes de fréquences. D'autre part, les données de mesures ont été utilisés pour évaluer les performances et contribuer à la calibration d’un simulateur de canal radio à tracé de rayons (RT) reposant sur une approche déterministe. Le simulateur de canal déterministe utilisé dans cette thèse incorpore les mécanismes de propagation tels que le LOS, la réflexion et la diffraction. Le RT a permis de prédire le canal de propagation dans les bandes millimétriques avec une concordance acceptable avec les données de mesures. Ces résultats démontrent que le canal de propagation en bandes millimétriques a pour avantage d'être prédit avec de simple outil déterministe. / This thesis has contributed to the challenge of the radio channel characterizations in millimeter wave bands as well as the validation of a deterministic simulation tool through a large number of measurement campaigns carried out in various representative scenarios. Research questions related to the characterization of radio channels in millimetric bands and its prediction through a deterministic simulation tool were discussed. Providing accurate and repeatable results is necessary for the development of a communication system. This challenge can be meet by conducting measurement campaigns that capture the reality of the propagation channel and therefore constituting the starting point. In this thesis, the main scientific motivations behind these measurement campaigns were to study the time variability and the effect of the scattering environment of the propagation channel in the millimetric bands. The frequency bands addressed in this thesis are identified as important by the ITU for a future deployment of 5G, namely 15, 28, 32 and 83 GHz. The environments considered are a conference room, office, library and microcellular. The measurement campaigns were conducted using a frequency channel sounding technique with the use of a vector network analyzer. The exploitation of the measurement data provided some answers about the radio chennel propagation in these frequency bands. On the other hand, the measurements data were used to evaluate the performance and to contribute to the calibration of the ray-tracing tool (RT) based on a deterministic approach. The RT used in this thesis incorporates propagation mechanisms such as LOS, reflection and diffraction. The RT predicted the propagation channel in the millimeter bands with an acceptable level of agreement with respect to the measurement data. These results demonstrate that the propagation channel in millimetric bands has the advantage of being predicted with a simple deterministic tool.

Depuis près d'un demi-siècle, l'industrie de la microélectronique a prospéré grâce à la miniaturisation des transistors Si CMOS. Cependant, la course à la miniaturisation se heurtera dans les prochaines années à des barrières physiques incontournables. Ainsi, de nombreux travaux technologiques sont en cours de réalisation sur les technologies émergentes et avancées. Ces technologies, notamment le graphène et la CMOS FD-SOI, représentent de grandes opportunités dans le domaine de la microélectronique, et notamment pour la conception de circuits radiofréquences et millimétriques. En outre, avec l'évolution croissante des objets et services connectés, les chercheurs travaillent intensivement sur les systèmes sans fil de cinquième génération (5G). La demande de débit de donnés et le besoin de spectre ont motivé l'utilisation de fréquences millimétriques. Par conséquent, la recherche 5G est confrontée par un ensemble de défis. L'un des défis majeurs de la 5G est la réduction de la consommation d'énergie. En fait, l'efficacité énergétique est directement liée à la fiabilité et au coût des systèmes de communication. L'amplificateur de puissance est l’élément le plus consommateur d'énergie, et l'un des blocs les plus critiques des émetteurs-récepteurs radio. Ainsi, la recherche dans ce domaine est cruciale pour les systèmes de communication de la prochaine génération. Par conséquent, l'objectif de cette thèse est d'étudier et de concevoir des amplificateurs de puissance sur les technologies émergentes et avancées pour les applications 5G. / For nearly half a century, the microelectronics industry has flourished based on the scaling of the silicon CMOS transistor technology. However, the race to transistor miniaturization encounters inevitable physical barriers. Thus, many technological works are under way for the realization of future transistors on emerging and advanced technologies. These technologies, notably the graphene and the CMOS FD-SOI, represent great opportunities for research in the fields of microelectronics, and especially for the design of radiofrequency and millimeter circuits. Besides, with the rising evolution of wireless devices and services, researchers are intensively working on the fifth generation (5G) wireless systems. The demand for high speed data and the need for more spectrum, have motivated the use of millimeter wave carrier frequencies. Therefore, the 5G research is faced with an evolving set of challenges. One of the major challenges of the next generation communication technology is reducing energy consumption. In fact, the power efficiency is directly related to the reliability and cost of the communication systems. It is widely known that the radiofrequency power amplifier is the most power consuming component in the radio transceivers, and is also one of the most critical building blocks in radio front-end. Therefore, research in this area is crucial for next generation communication systems. Consequently, the objective of this thesis is to study and design power amplifiers on emerging and advanced technologies for 5G applications.

La 5ème génération de réseaux mobiles (5G), actuellement en cours de standardisation, prévoit de nouveaux scénarios de communication dans l’évolution vers un monde entièrement connecté et communicant. Dans ce contexte, un nombre très important de techniques avancées sont en cours d’exploration pour répondre aux nombreux défis imposés en termes de débit, de latence, de consommation énergétique, et de capacité à faire communiquer entre eux, efficacement, des milliards d'objets très différents. Parmi les techniques les plus prometteuses de la couche physique, de nouvelles formes d'ondes multiporteuses filtrées sont proposées. Bien qu’elles offrent un meilleur confinement spectral et une meilleure localisation en temps et en fréquence par rapport à l’OFDM de la 4G, elles présentent des limitations soit en termes de complexité soit en termes de performance et d’intégration. De plus, ces formes d’ondes sont évaluées d’un point de vue théorique et les résultats ne sont pas toujours validés sur des plateformes matérielles de preuve de concept reproduisant les conditions réelles des scénarios de la 5G.Dans ce contexte, les travaux de cette thèse proposent plusieurs contributions originales aussi bien au niveau algorithmes de traitement qu’au niveau architectures matérielles. Dans le domaine algorithmique,les travaux réalisés ont mené aux contributions suivantes : (1) Un nouveau filtre prototype court est proposé pour la forme d’onde FBMC/OQAM. Des analyses analytiques, complétées par simulation,montrent que le filtre proposé permet d’améliorer la résistance aux erreurs de synchronisation temporel et de réduire la complexité du récepteur FBMC de type « frequency-spread » comparé aux autres filtres de la littérature, (2) Un nouveau type de récepteur FBMC adapté pour les filtres courts est proposé. Ce récepteur a la particularité d’améliorer sensiblement la résistance aux canaux doublement dispersifs pour des filtres courts, et de supporter les communications asynchrones, (3) Un émetteur UF-OFDM original de complexité significativement réduite par rapport à la littérature est proposé. Contrairement aux techniques existantes, l’émetteur proposé n’introduit aucune approximation dans le signal généré, et préserve ainsi le confinement spectral de la forme d’onde. Dans le domaine de la conception matérielle, les travaux réalisés durant cette thèse ont mené aux contributions suivantes : (4) Une architecture matérielle optimisée des émetteurs FBMC et UF-OFDM de complexité comparable à OFDM, (5) Une architecture matérielle optimisée de l’étage de filtrage du récepteur FBMC « frequency-spread », avec une complexité comparable à celle d’un récepteur « polyphase-network », et (6) Une des premières plateformes matérielles de preuve de concept de la 5G, pouvant évaluer les performances des formes d’ondes pour les différents services de la 5G. / The 5th generation of mobile communications is fore seen to cope with a high degree of heterogeneity in terms of services: enhanced mobile broadband, massive machine, vehicular and mission critical communications, broadcast services. Consequently, diverse and often contradicting key performance indicators need to be supported, such as high capacity/user-rates, low latency, high mobility, massive number of devices, low cost and low power consumption. 4G is not designed to efficiently meet such a high degree of heterogeneity: the OFDM waveform exhibits several limitations in terms of spectrum usage and robustness to frequency and timing synchronization errors. In order to overcome these limitations and to cope with the new 5G requirements,several research initiatives have been conducted to design new waveforms. Proposed candidates, such as FBMC/OQAM or UF-OFDM,are mainly based on multicarrier modulation with specific filtering scheme used on the top of the OFDM basis. However, most of the proposed new waveforms are often studied and analyzed at the algorithmic level considering mainly the quality of the communication link. Therefore, the investigation of low-complexity implementations and the availability of real hardware prototypes are of high interest for performance validation and proof-of-concept of the diverse proposed communication techniques. In the above context, this thesis work proposes several original contributions in the algorithm and the hardware design domains. In the algorithm domain, this work leads to the following contributions: (1) Anovel short prototype filter for FBMC allowing for near perfectreconstruction and having the same size as one OFDM symbol is proposed. Using the Frequency Spread implementation for the FBMC receiver, analytical studies and simulation results show that the proposed filter exhibits better robustness to several types of channel impairments when compared to state-of-the-art short prototype filters and OFDM modulation. (2) A novel FBMC receiver technique suitable for short filters is proposed. This receiver enables to greatly improve the robustness against double dispersive channels for short filters, and enables the support of asynchronous communications, (3) A novel low complexityUF-OFDM transmitter without any signal quality loss isproposed. For small subband sizes, the complexity becomescomparable to OFDM regardless of the number of allocated subbands.In the hardware design domain, this thesis work leads to the following contributions: (4) An efficient pipelined hardware architecture of the FBMC/OQAM transmitter capable of supporting several filter lengths and targeting low complexity is proposed and compared to typical FBMC/OQAM and OFDM implementations, (5) An optimized frequency spread based hardware architecture of the filtering stage is proposed for the designed short prototype filter, showing lower complexity than the classical Poly Phase-Network-based implementation, (6) One of the first flexible and efficient hardware platforms for 5G waveform design, allowing the support of several communication scenarios as foreseen in 5G.

L'évolution technologique de RAN dans le contexte de la 5G n'est pas seulement guidée par l'amélioration de la qualité de service du réseau mais aussi par la nécessité de transformer toutes les technologies par des systèmes dynamiques intelligents. La nouvelle technologie de la 5G est plus que flexible et pourra satisfaire chaque utilisateur de façon équitable sans que son type (mobile ou statique) ou sa demande de service (service temps réel et non réel) n'affecte. Tous les cas d'utilisation seront intelligemment dimensionnés et gérés dans le réseau. L'objectif principal de cette thèse est d'analyser et d'améliorer les performances radio en tenant compte de la mobilité des véhicules en gérant dynamiquement et intelligemment les ressources disponibles. A cette fin, nous présentons différents modèles de mobilité des utilisateurs dans le cas discret et continu. Le modèle discret utilisant le modèle bien connu du car following est bien adapté pour les simulations. La méthode continue est utile pour obtenir des indicateurs analytiques de performance clés (KPI). La nouveauté de cette partie de la thèse est la formulation analytique de KPIs qui tiennent compte de la mobilité physique dans le trafic radio. A titre d'exemple, l'impact d'un feu rouge sur les indicateurs de performance dans une cellule est étudié. Il est montré qu'une congestion physique périodique du trafic due au feu de circulation détériore périodiquement la performance de la cellule. La première solution considérée consiste à améliorer l'allocation et le contrôle des ressources dans le contexte du réseau hétérogène LTE-Advanced. Une small cell est ensuite déployée à proximité du feu rouge pour diminuer la congestion périodique et la dégradation de la qualité de service. Trois systèmes d'allocation et de contrôle des ressources sont étudiés: une réutilisation de fréquence complète, un algorithme de division de fréquence statique et dynamique qui sont optimisés par rapport à une utilité alpha -fair basé sur les débits reçus. En outre, il est montré que le système de commande dynamique est particulièrement intéressant pour le trafic non stationnaire comme celui introduit par un feu de circulation périodique. Par souci de réduction des coûts financiers et énergétiques, et de suivi d'utilisateurs mobiles, une autre solution est fournie en utilisant un nouveau réseau d'antennes afin de gérer efficacement le trafic hétérogène, fixe et mobile. On considère trois technologies différentes de réseau d'antennes permettant de décharger les zones de congestion ainsi que la congestion mobile dynamique: Virtual Small Cell (VSC), petite cellule virtuelle avec réseau auto-organisateur (VSC-SON) et rayons focalisant avec un multiniveau global codebook qui gère le système d'antenne hétérogène à la station de base. Les deux premières technologies améliorent la performance de la cellule en raison de leur capacité de focaliser le signal à la concentration du trafic au niveau de la congestion physique. La nouvelle solution de faisceaux focalisants avec le global codebook améliore de manière significative les performances en raison de la capacité de focaliser le signal le long de la route et d'équilibrer implicitement le trafic entre les différentes antennes. Nous comparons toutes ces technologies et leur impact sur les performances du réseau. La question de la sélection d'un utilisateur pour lui allouer une partie (en temps ou en bande passante) de la ressource disponible est étudiée. Le contexte de la gestion des ressources et de la performance du réseau dans la mobilité est un des défis futurs pour la 5G. Grâce à la technologie MDT, les réseaux peuvent avoir une idée, ou plus précisément une moyenne du SINR grâce à la GLM. Nous introduisons le concept de Forecast Scheduling pour les utilisateurs en mobilité à vitesse élevée. On suppose que la REM peut fournir des valeurs interpolées du SINR le long des trajectoires des utilisateurs. / The technology evolution of Radio Access Network (RAN) in the context of 5th Generation (5G) is not only guided by improving the network performance but also by the need to transform all the technologies into intelligent dynamic ones. The new 5G is a flexible technology that will be able to satisfy at the same time each user of any type of mobility (static or mobile) or service request (real and non-real time service) without modifying any models or algorithms in networks. All physical use cases will be able to be considered by the network intelligently and resource managed automatically. The objective of this thesis is to analyse and enhance radio performance taking into account vehicular mobility by managing dynamically and intelligently the available resources. To this end, we describe different users mobility models for discrete and continuous modeling. The discrete model using the well-known car following model is well adapted for simulations. The continuous one is useful to derive analytical key performance indicators (KPI). The novelty of the thesis is the analytical formulation of KPIs that take into account the physical mobility in the radio traffic which is not necessary stationary. As an example, the impact of a traffic light on performance indicators in a cell is investigated. It is shown that a periodical physical traffic congestion due to the traffic light deteriorate periodically the cell performance. A first given solution is to improve resource allocation and control in the context of LTE-Advanced heterogeneous network. A small cell is deployed near the traffic light to relieve periodic congestion and QoS degradation. Three resource allocation and control schemes are investigated: a full frequency reuse, a static and a dynamic frequency splitting algorithm that are optimized with respect to a throughput based alpha-fair utility. For sake of financial and energy costs decreasing, another solution is provided using new antenna array technologies in order to manage efficiently heterogeneous, fixed and mobile traffic. A heterogeneous antenna system with different large antenna array technologies is considered to ooad static congestion areas and also the dynamical mobile congestion: Virtual Small Cell (VSC), virtual small cell with Self-Organizing Network (VSC-SON) and beamforming with multilevel global codebook that manages the heterogeneous antenna system at the Base Station (BS). The first two technologies improve the cell performance due to the capability to focus the signal at the traffic concentration. The novel beamforming solution with global codebook can further and significantly improve performance due to the capability to focus the signal along the road and to implicitly balance the traffic between the different antennas. We compare all these technologies and their impact on the network performance. The issue of user selection to allocate a portion (in time or in bandwidth) of the available resource is also analyzed. Moreover the context of resource management and network performance for 5G in high mobility is one of the future challenges. Thanks to the Minimization of Drive Testing (MDT) technology, networks can have Signal to Interference plus Noise Ratio (SINR) information with Geo-Localized Measurements (GLM).We introduce the concept of Forecast Scheduler for users in high mobility. It is assumed that a Radio Environment Map (REM) can provide interpolated SINR values along the user trajectories. Mobile users experience in their trajectories different mean SINR values. In mobile networks, schedulers exploit channel quality variation by giving the signal to the user experiencing best channel conditions while remaining fair. Nevertheless, we cannot record data rates of users with high mobility due to a very small time coherence. The Forecast Scheduling will exploit the SINR variation during users' trajectories.

Les futurs réseaux sans fil devront être conçus pour répondre aux besoins hétérogènes de systèmes entièrement différents. De nouveaux services soumis à des contraintes variées coexisteront avec les utilisateurs actuels sur la même bande de fréquences. L'OFDM, la couche physique utilisée par les systèmes actuels, souffre d’un mauvais confinement spectral et ne permet pas cette coexistence. De nombreuses nouvelles formes d'onde avec une localisation spectrale améliorée ont donc été proposées. Nous étudions la coexistence de nouveaux systèmes basés sur ces formes d'onde avec des utilisateurs OFDM préexistant. Nous fournissons la première analyse théorique et expérimentale de l'interférence inter-système qui se produit dans ces scenarios. Nous appliquons ensuite cette analyse pour évaluer les performances de différentes formes d'ondes avancées et nous étudions finalement les performances d'un réseau où des utilisateurs cellulaires OFDM coexistent avec des paires D2D utilisant l'une des formes d'ondes améliorées étudiées. / Future wireless networks are envisioned to accommodate the heterogeneous needs of entirely different systems. New services obeying various constraints will coexist with legacy cellular users in the same frequency band. This coexistence is hardly achievable with OFDM, the physical layer used by current systems, because of its poor spectral containment. Thus, a myriad of multi-carrier waveforms with enhanced spectral localization have been proposed for future wireless devices. In this thesis, we investigate the coexistence of new systems based on these waveforms with legacy OFDM users. We provide the first theoretical and experimental analysis of the inter-system interference that arises in those scenarii. Then, we apply this analysis to evaluate the merits of different enhanced waveforms and we finally investigate the performance achievable by a network composed of legacy OFDM cellular users and D2D pairs using one of the studied enhanced waveforms.

Afin de répondre à la demande croissante du nombre d'objets connectés et de débits de données plus élevés, la cinquième génération de réseau mobile (5G) va être déployée.Pour répondre à ces défis, la 5G utilisera le beamforming pour améliorer la qualité de transmission et étendre la couverture du réseau. En raison du manque de spectre RF disponible en dessous de 6 GHz, l'industrie de la téléphonie mobile étudie actuellement les bandes de fréquences millimétriques en particulier autour de 28 GHz. L'utilisation de la technologie CMOS pour les applications 5G apparait prometteuse pour le marché de masse que vise la 5G, d'autant qu'aujourd'hui la miniaturisation des transistors CMOS permet un fonctionnement compétitif aux fréquences millimétriques. Pour répondre à toutes les attentes de la 5G notamment en termes de fiabilité, de nouvelles idées en rupture, avec le self-healing et le self-contained, permettent d’utiliser au maximum les avantages de la technologie CMOS tout en proposant un fonctionnement fiable pou rl’amplificateur. Dans le cadre du self-healing et du self-contained, plusieurs circuits son tintégrés sur silicium tel qu'un amplificateur intégrant un détecteur de puissance totalement non invasif pour le self-healing et un amplificateur équilibré pour le selfcontained. / In order to meet the growing demand for more connected objects and higher data rates,the fifth generation of mobile network (5G) will be deployed. To address thesechallenges, the 5G will use beamforming to improve the transmission quality and extendthe network coverage. Due to the lack of available RF spectrum below 6 GHz, the mobileindustry is studying millimeter wave frequency bands in particular around 28 GHz. Theuse of CMOS technology for 5G applications is promising for the 5G mass market,especially nowadays the miniaturization of CMOS transistors allows competitiveoperation at millimeter frequencies. To meet all the expectations of the 5G especially interms of reliability, new breakthrough ideas, with the self-healing and the selfcontained,allow to use all the benefits of CMOS technology to the maximum whileoffering reliable operation for the amplifier. Within the framework of self-healing andself-contained, several circuits are integrated on silicon such as an amplifier integratedwith a totally non-invasive power detector for self-healing and a balanced self-containedamplifier.

Par la révolution du Cloud Computing et des Smartphones, une quantité énorme de données devrait traverser le réseau chaque seconde où la plupart de ces données sont fournies par des mobiles utilisant des services Internet. La croissance rapide de la bande passante et des demandes de QoS rend les réseaux mobiles du 4ème G insuffisants. Le système de prochaine génération doit avoir un taux de sommation de 100Mbps à 1Gbps par terminal utilisateur (UT), avec une densité de connexion supérieure à 1M connexion / Km2, la mobilité des véhicules à grande vitesse jusqu'à 500 km / h et une fin à la fin (E2E) retardent moins de 10 ms. Un candidat prometteur qui peut répondre à ces demandes est le système sans fil à multiples sorties multiples (MIMO) Multi-Cell Multi-Cell. Cependant, la capacité Massive MIMO est délimitée par l'Inter-cell Interference (ICI) en raison de la réutilisation du pilote et, par conséquent, de la contamination du pilote. Dans cette thèse, nous étudions la contamination du pilote de liaison montante dans le système de formation à la division temporelle (TDD) des réseaux sans fil MIMO massifs. En supposant un canal de décoloration, l'intervalle de cohérence sera temporairement limité, où l'estimation du canal, la réception des symboles et le précodage des symboles doivent être effectués dans le même intervalle. Cela dit, la longueur du pilote de formation est limitée. De même, le nombre de terminaux de l'utilisateur (UT) par zone d'interférence est également limité. Inspiré par la variation de la taille de l'intervalle de cohérence parmi les UT, cette recherche présente deux nouvelles contributions indépendantes pour faire face à la contamination pilote de liaison montante dans le MIMO massif. La première contribution répertorie la région de couverture de la cellule de base (BS) dans une carte d'information d'état de chaîne (CSI). Cette carte est créée et mise à jour à l'aide d'un algorithme spécial d'apprentissage machine, et elle est exploitée pour prédire UT CSI au lieu d'estimer ses canaux. Compte tenu de cela, la formation des pilotes aériens et de liaison montante est considérablement réduite. La deuxième contribution classe les UT en fonction de la taille de leur intervalle de cohérence de canal. En outre, nous appliquons une technique de changement de pilote pour déplacer des pilotes similaires vers différentes positions temporelles (qui sont considérées comme vides en raison de trames TDD pilotes vides). Les résultats de la simulation montrent une augmentation à l'échelle de la performance du MIMO massif, en particulier dans la performance de l'efficacité énergétique et spectrale, UT par cellule et taux d'addition. En particulier, la troisième contribution évolue le MIMO massif multi-cellulaire à une performance de cellule unique et même surmonté un simple énorme conventionnel dans l'efficacité énergétique et UT par cellule. / By the revolution of Cloud Computing and Smartphones, an enormous amount of data should traverse the network every second where most of this data are delivered by mobiles using internet services. The fast growth in bandwidth and QoS demands makes the 4th G mobile networks insufficient. The next generation system must afford a sum rate from 100Mbps up to 1Gbps per User Terminal (UT), with a connection density that exceeds 1M connection/Km2, the mobility of high-speed vehicles up to 500 km/hr and an End to End (E2E) delay less than 10ms. A promising candidate that can offer those demands is the Multi-User Multi-Cell Massive Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) wireless system. However, Massive MIMO capacity is upper bounded by the Inter-cell Interference (ICI) due to pilot reuse and thus, pilot contamination. In this thesis, we investigate the uplink pilot contamination in Time Division Duplexing (TDD) training scheme of massive MIMO wireless networks. Assuming block-fading channel, the coherence interval will lag for a limited duration, where channel estimation, symbol reception, and symbol precoding must be done within the same interval. Having said that, the training pilot length is limited. Likewise, the number of User Terminal’s (UT’s) per interference region is also limited. Inspired by the variation of coherence interval size among UT’s, this research introduces two independent novel contributions to deal with uplink pilot contamination in massive MIMO. The first contribution maps the Base Station (BS) cell coverage region into a Channel State Information (CSI) Map. This map is created and updated using a special machine-learning algorithm, and it is exploited to predict UT CSI instead of estimating their channels. In view of this, training overhead and uplink pilots are reduced significantly. The second contribution classifies UT’s based on the size of their channel coherence interval. Furthermore, we apply a pilot shifting technique to shift similar pilots to different time position (that considered empty due to empty pilot TDD frames). Simulation results show a scaled increase in the performance of massive MIMO especially in the performance of energy and spectral efficiency, UT per cell and sum-rate. In particular, the third contribution evolves multi-cell massive MIMO to a single cell performance and even overcome single conventional huge in the energy efficiency and UT per cell.