Dans de nombreux scénarios de communication sans fil multiutilisateurs, une bonne rétroaction est un ingrédient essentiel qui facilite l'amélioration des performances. Bien qu'étant utile, une rétroaction parfaite reste difficile et fastidieuse à obtenir. En considérant ce défi comme point de départ, le principal objet de cette thèse s'applique à adresser la question simple et pourtant insaisissable et fondamentale suivante: "Quel niveau de qualité de la rétroaction doit-on rechercher, et à quel moment faut-il effectuer un envoi pour atteindre une certaine performance en degrés de liberté (DoF)". La présente étude réussit à décrire de manière concise les régions DoF dans un cadre très général, correspondant à un processus général de rétroaction qui, à tout moment, peut ou non fournir des informations sur l'état du canal au niveau de l'émetteur (CSIT) - d'une qualité arbitraire - pour toute réalisation passée, actuelle ou future du canal. Sous des hypothèses standard , et en supposant par ailleurs que l'on dispose d'un CSIT suffisamment bien retardé, l'effet de la qualité du CSIT offert à tout moment, pour presque tout type de canaux est étudié de manière précise. Ceci est réalisé dans le cadre MISO-BC à deux utilisateurs, puis est directement étendu aux cas des MIMO-BC et MIMO-IC. En outre différents aspects de communication avec rétroaction limitée sont considérés, ainsi que l'aspect CSI global au niveau des récepteurs, et l'aspect diversité. En plus de fournir des limites théoriques et des nouveaux encodeurs et décodeurs, l'étude s'applique à obtenir une meilleure comprehension sur plusieurs questions pratiques d'intérêt capital dans le domaine. / In many multiuser wireless communications scenarios, good feedback is a crucial ingredient that facilitates improved performance. While being useful, perfect feedback is also hard and time-consuming to obtain. With this challenge as a starting point, the main work of thesis seeks to address the simple yet elusive and fundamental question of ``HOW MUCH QUALITY of feedback, AND WHEN, must one send to achieve a certain degrees-of-freedom (DoF) performance''. The work manages to concisely describe the DoF region in a very broad setting corresponding to a general feedback process that, at any point in time, may or may not provide channel state information at the transmitter (CSIT) - of some arbitrary quality - for any past, current or future channel (fading) realization. Under standard assumptions, and under the assumption of sufficiently good delayed CSIT, the work concisely captures the effect of the quality of CSIT offered at any time, about any channel. This was achieved for the two user MISO-BC, and was then immediately extended to the MIMO BC and MIMO IC settings. Further work also considers different aspects of communicating with limited feedback, such as the aspect of global CSI at receivers, and the aspect of diversity. In addition to the theoretical limits and novel encoders and decoders, the work applies towards gaining insights on many practical questions.

Le problème de codage avec information adjacente (CCSI) est une technique récente d'annulation d'interférences en transmission et en compression de données. Ceci concerne les situations où l'émetteur est informé (par une voie retour par exemple) d'une partie de l'interférence canal. L'objectif est alors d' utiliser cette connaissance afin de concevoir un codage efficace. Une application étroitement liée à la transmission et à la compression de données est le "marquage de l'information" (information embedding). Potentiellement prometteur, le marquage d'information pose de nombreux défis dans différents domaines de recherche, allant de l'étude des limites théoriques de performance d'un point de vue théorie de l'information aux aspects liés à leurs implémentation d'un point de vue traitement de signal, en passant par la conception de code d'un point de vue communication numérique et codage. Dans cette thèse nous considérons la problématique de marquage de l'information sous ses trois aspects: de théorie de l'information, de codage et communication et de traitement de signal. Le travail effectué dans le cadre de cette thèse peut être structurée en quatre parties. Dans la première partie, nous formalisons le problème de construction de dictionnaire comme un problème de conception de constellation. En particulier, nous montrons que le problème de codage avec information adjacente disponible à l'encodeur est fondamentalement un problème de codage conjoint source-canal. Ensuite, nous nous basons sur les réseaux de points imbriquées (nested lattices) pour la construction de bons codes algebriques à complexité réduite. Dans la deuxième partie, nous considérons le problème de marquage multiple comme un problème de communication multi-utilisateurs et nous construisons des stratégies de codage qui permettent d'approcher au mieux les limites théoriques de performances. La troisième partie traite le problème de sensibilité à l'information adjacente. Nous y évaluons la dégradation des performances due à une petite perturbation additive de l'information adjacente et nous y montrons que, dans certaines conditions, l'encodeur doit s'adapter à la perturbation en, éventuellement, changer sa stratégie de codage. La quatrième partie traite les performances du CCSI sur un canal AWGN avec jitter (AWGN\&J) d'un point de vue théorie de jeux.

Dans cette thèse, les réseaux coopératifs sont étudiés sous cette hypothèse que la source est incertain par rapport le canal en opération. Dans le premier chapitre, des stratégies coopératives sont développées pour les canaux à relais simultanés (SRC) lesquelles se composent d'un ensemble de deux canaux à relais parmi lesquels le canal en opération est choisi. Cela est équivalent au canal de diffusion à relais (BRC). Les bornes sur la région de capacité de BRC général sont dérivées. Les résultats de capacité sont obtenus pour les cas particuliers du canal à relais simultané semi-dégradé et dégradé Gaussien. Dans le deuxième chapitre, le canal à relais composite est considéré où le canal est tiré aléatoirement d'un ensemble de la distribution conditionnelle. Le débit est fixé en dépit du canal actuel et la probabilité d'erreur (EP) asymptotique est caractérisée. Une nouvelle stratégie de codage sélectif (SCS) est introduit permettant aux relais de choisir -selon leur mesurage du canal - la meilleur schéma de codage entre Décoder-et-Transmettre (DF) et Comprimer-et-Transmettre (CF). Les théorèmes de codage de réseau bruit généralisées sont démontrés pour le cas de réseau unicast général où les relais utilisent soit DF soit CF. Dans le troisième chapitre, le spectre asymptotique de EP est introduit en tant que nouvelle mesure de performance pour réseaux composites. Il est démontré que chaque code avec le débit hors de la borne cut-set, abouti à EP égal à un et le spectre asymptotique de EP coïncide avec la probabilité d'outage pour les réseaux satisfaisant la converse forte.

Dans cette thèse, les réseaux coopératifs sont étudiés sous cette hypothèse que la source est incertain par rapport le canal en opération. Dans le premier chapitre, des stratégies coopératives sont développées pour les canaux à relais simultanés (SRC) lesquelles se composent d'un ensemble de deux canaux à relais parmi lesquels le canal en opération est choisi. Cela est équivalent au canal de diffusion à relais (BRC). Les bornes sur la région de capacité de BRC général sont dérivées. Les résultats de capacité sont obtenus pour les cas particuliers du canal à relais simultané semi-dégradé et dégradé Gaussien. Dans le deuxième chapitre, le canal à relais composite est considéré où le canal est tiré aléatoirement d'un ensemble de la distribution conditionnelle. Le débit est fixé en dépit du canal actuel et la probabilité d'erreur (EP) asymptotique est caractérisée. Une nouvelle stratégie de codage sélectif (SCS) est introduit permettant aux relais de choisir -selon leur mesurage du canal – la meilleur schéma de codage entre Décoder-et-Transmettre (DF) et Comprimer-et-Transmettre (CF). Les théorèmes de codage de réseau bruit généralisées sont démontrés pour le cas de réseau unicast général où les relais utilisent soit DF soit CF. Dans le troisième chapitre, le spectre asymptotique de EP est introduit en tant que nouvelle mesure de performance pour réseaux composites. Il est démontré que chaque code avec le débit hors de la borne cut-set, abouti à EP égal à un et le spectre asymptotique de EP coïncide avec la probabilité d'outage pour les réseaux satisfaisant la converse forte. / In this thesis, cooperative networks are studied under the assumption that the source is uncertain about the channel in operation. In the first chapter, cooperative strategies are developed for simultaneous relay channels (SRC) which consist of a set of two single relay channels out of which the channel in operation is chosen. This is equivalent to the broadcast relay channel (BRC). Bounds on the capacity region of the general BRC with two helper relays are derived. Capacity results are obtained for specific cases of semi-degraded and degraded Gaussian simultaneous relay channels. In the second chapter, the composite relay channel is considered where the channel is randomly drawn from a set of conditional distributions according to a given distribution. The transmission rate is fixed regardless of the current channel and the asymptotic error probability (EP) is characterized. A novel selective coding strategy (SCS) is introduced which enables relays to select –based on their channel measurement– the best coding scheme between Compress-and-Forward (CF) and Decode-and-Forward (DF). Generalized Noisy Network Coding theorems are shown for the case of unicast general networks where the relays use either DF or CF scheme. In the third chapter, the asymptotic behavior of EP is studied for composite multiterminal networks. The asymptotic spectrum of EP is introduced as a novel performance measure for composite networks. It is shown that every code with rate outside cut-set bound, yields EP equal to one and for the networks satisfying strong converse condition, the asymptotic spectrum of EP coincides with the outage probability.