Le problème de l'authentification est approché par le biais de la théorie de l'information et le modèle d'authentification est analysé sous deux angles différents: soit en utilisant un code graphique brut, soit en utilisant un code graphique codé par codage canal.La première approche permet de proposer un système d'authentification basé sur le test de Neyman–Pearson. Afin de calculer la probabilité de fausse alarme et non-détection, nous avons d'une part utilisé le théorème de Sanov, d'autre part des méthodes de Monte-Carlo basées sur l'échantillonnage d'importance, et avons ainsi réussi à estimer précisément ces probabilités lorsqu'elles sont très faibles. Nous avons ensuite pu optimiser le modèle d'impression acquisition afin de maximiser les performances d'authentification.La deuxième approche propose d'utiliser un code graphique structuré via l'utilisation d'un codage déterministe. Nous montrons qu'il est possible de trouver des codes authentifiants pour lesquels les probabilité de fausse alarme et de non-détection seront conjointement très faibles. Dans le cas de l'authentification, nous avons cependant analyser un codage inadapté car le décodeur permet une transmission à la capacité du canal principal, mais devient inadapté au canal de l'adversaire. Nous avons donc du dans un premier temps calculer la capacité inadaptée liée au canal de l'adversaire, puis ensuite bornée la probabilité d'erreur de décodage liée à cette capacité. Ces résultats théoriques ont été confirmés par l'utilisation du codage Turbo. Nous montrons que pratiquement les performances des systèmes utilisant le codage canal sont supérieures aux performance liées au codage brut. / The problem of authentication is investigated from an information theoretic security point of view. An authentication model is analyzed using two settings, namely non-channel coding and channel coding based authentication. In the former, a reliable performance measurements of an authentication system relying on a Neyman–Pearson test is provided. Specifically, an asymptotic expression using Sanov's theorem is first proposed to compute the probabilities of false alarm and non-detection, then a practical method based on Monte-Carlo using importance sampling is given to estimate these small probabilities. Thanks to these accurate computation of probabilities, we show that it is possible to optimize the authentication performance when the model of the print and scan channel is known. In the latter, we study the setup where the authentication message is coded by the deterministic channel codes. We show that using channel coding is possible to enhance the authentication performance. Precisely, it is possible to find codes making the two error probabilities simultaneously arbitrarily small. Such codes have rates between the capacity of main channel and that of the opponent channel. It should be noted that the legitimate receiver does not know whether the observed message comes from the legitimate or from the opponent. Therefore it is the objective of the legitimate receiver to use a decoding rule matching with the distribution law of the main channel but mismatching with the opponent channel. Finally, a practical scheme Turbo codes is proposed. The analysis of the EXIT chart is discussed to choose channel parameters so that the authentication performance is optimized.

Lors d'une transmission vidéo sur les réseaux mobiles, les données doivent être efficacement comprimées pour s'adapter à la bande passante réduite du support. Cependant, plus un flux multimédia est comprimé, plus il est sensible aux erreurs de transmission. Pour garantir un signal exempt d'erreur à l'entrée du décodeur source, plusieurs mécanismes sont incorporés dans le récepteur. Ces techniques consistent principalement à retransmettre les paquets erronés et/ou à rajouter des redondances aux données transmises. Ces méthodes sont efficaces, mais entraînent une consommation excessive de ressources. Récemment, le concept de décodage conjoint a été proposé. Il consiste à utiliser les redondances inhérentes contenues dans les informations transmises pour améliorer la qualité du décodage multimédia. Dans cette thèse, nous explorons cet axe et proposons un nouveau schéma de décodage conjoint exploitant les propriétés sémantiques et syntaxiques du flux ainsi que les codes de détection d'erreurs (CRC) protégeant les paquets. Parallèlement, nous étudions les problématiques d'intégration des schémas de décodage conjoint dans les récepteurs traditionnels et nous montrons que de nombreuses modifications sont nécessaires. Nous proposons ensuite un principe universel permettant de résoudre simplement les difficultés en exploitant différemment la structure protocolaire. Ces techniques ont été testées en considérant une transmission vidéo H.264/AVC point-à-point sur un support WiFi. Les résultats obtenus ont confirmé l'intérêt du décodage robuste par une amélioration significative du bilan de liaison.

Dans ce travail, nous nous intéressons au problème du codage canal, dont le but est de corriger les erreurs dûes au canal lors d'une transmission numérique. En particulier, les turbo codes constituent la dernière avancée dans ce domaine et atteignent la borne prédite par C.E. Shannon en 1948. Nous présentons une simplification de la mise en oeuvre du turbo décodeur de R. Pyndiah, ainsi que des systèmes de synchronisation profitant des informations apportées par le turbo décodeur.

De nos jours, les communications mobiles sont caractérisées par une demande croissante de services basés sur Internet. Les services vidéo représentent une grande partie du trafic Internet aujourd'hui. Selon Cisco, 75% du trafic mondial de données mobiles sera constitué par données vidéo d'ici 2020. Cette demande toujours croissante a été le principal moteur du développement du réseau cellulaire numérique 4G, où les services numériques à commutation de paquet sont la principale brique de conception. En particulier, le système global doit assurer à la fois hauts et bas débit de transmission, et fournir des garanties de temps réel, par exemple dans le cas du streaming vidéo ou des jeux en ligne. Cela a motivé, dans la dernière décennie, un intérêt renouvelé dans la technologie d'accès radio. Le canal sans fil est affecté par divers phénomènes physiques, comme les Chemins multiples, le shadowing, l'évanouissement, l'interférence, etc. Dans les technologies les plus récentes, ces effets sont contrastés en utilisant le protocole ARQ (Automatic Repeat reQuest), qui consiste à retransmettre le même signal depuis la source. Le protocole ARQ est généralement combiné avec des codes de canal au niveau de la couche physique, qui est connu comme HARQ (Hybrid ARQ). Une autre technique pour améliorer la communication entre une source et une destination est la communication coopérative, où un relais est utilisé comme nœud intermédiaire. La communication coopérative et le HARQ, si appliquées individuellement, améliorent considérablement les performances du système de communication. Une question ouverte est de savoir si leur combinaison apporterait la somme des améliorations singulières, ou si ne serait que marginalement bénéfique. Dans la littérature on peut trouver de nombreuses études sur la combinaison de ces deux techniques, mais dans notre thèse, nous nous concentrons principalement sur cette interaction à niveau de la couche physique (PHY) et de la couche de contrôle d'accès (MAC). Nous utilisons des exemples de protocoles sur un réseau composé de trois noeuds (source, destination et relais). Pour l'analyse théorique nous nous concentrons sur les Chaînes de Markov à états finis (FSMC). Nous abordons le cas où le relais fonctionne en mode Decode-and-Forward (DCF), très commun dans la littérature, mais notre analyse se concentre de manière plus accentuée sur le cas où le relais fonctionne en mode Demodulate-and-Forward (DMF), en raison de sa simplicité d'implémentation et de son efficacité. Ce cas est beaucoup plus rarement abordé dans la littérature disponible, à cause de la complexité supérieure demandée par son analyse. Habituellement, l'interaction entre les deux techniques a été étudiée dans le cas de protocoles déterministes, mais dans notre analyse, nous nous concentrerons sur les protocoles déterministes et probabilistes. Jusqu'à présent, les protocoles probabilistes, où le noeud retransmetteur est choisi selon un modèle probabiliste, ont été principalement proposés pour des couches supérieures du système de communication. Au contraire, cette thèse étudie des protocoles probabilistes sur la couche PHY et sur la couche MAC, qui permet de mieux analyser et optimiser les performances. Le protocole probabiliste ne contient que deux paramètres, qui peut être optimisé pour de meilleures performances. Ces paramètres peuvent être calculés pour imiter le comportement d'un protocole déterministe donné, et ses performances optimisées ne peuvent que s'améliorer par rapport à celui-ci. De plus, les performances du protocole probabiliste est comparées aux résultats présent en littérature, et la comparaison montre que notre protocole fonctionne mieux. Enfin, la question de la sélection des relais est également abordée. Nous proposons un critère pour opérer le choix du relais à utiliser, en cas de plusieurs candidats. La performance obtenue par ce critère est comparée à celle obtenue avec les critères de référence dans la littérature. / Nowadays, mobile communications are characterized by a fast-increasing demand for internet-based services (voice, video data). Video services constitutes a large fraction of the internet traffic today. According to a report by Cisco, 75% of the world's mobile data traffic will be video-based by 2020. This ever-increasing demand in delivering internet-based services, has been the main driver for the development of the 4G digital cellular network, where packet- switched services are the primary design target. In particular, the overall system needs to ensure high peak data rates to the user and low delay in the delivery of the content, in order to support real time applications such as video streaming and gaming. This has motivated, in the last decade, a renewed and raising interest and research in wireless radio access technology. Wireless channel suffers from various physical phenomena like path-loss, shadowing, fading, interference, etc. In the most recent technologies, these effects are contrasted using Automatic Repeat re-Quest (ARQ) protocol, which consist on the retransmission of the same signal from the same node. ARQ protocol is usually combined with channel codes at the physical layer, which is known as Hybrid Automatic Repeat re-Quest (HARQ) protocol. Another improvement for communications over wireless channels is achieved when Relays are used as intermediate nodes for helping the communication between a Source and a Destination, which is known as cooperative communication. Both techniques, cooperation and HARQ, if individually applied, significantly improve the performance of the communication system. One open question is whether their combination would bring the sum of the singular improvements, or be only marginally beneficial. In the literature we can find many studies for the combination of these two techniques, but in our thesis we focus mainly on this interaction at the level of the physical layer (PHY) and the medium access control layer (MAC). We use example protocols on a network of three nodes (Source, Destination and Relay). For the theoretical analysis of these systems we focus on Finite State Markov Chains (FSMC). We discuss the case where Relay works in Decode-and-Forward (DCF) mode, which is very common in the literature, but our analysis focuses more strongly on the case where the Relay works in Demodulate-and-Forward (DMF) mode, because of its simplicity of implementation and its efficiency. This case is much more rarely addressed in the available literature, because of the higher complexity required by its analysis. Usually, the interaction between the two techniques has been studied using deterministic protocols, but in our analysis we will focus on both, deterministic and probabilistic protocols. So far, probabilistic protocols, where the retransmitting node is chosen with a given probability, have been mainly proposed for higher layers of communication systems, but, in contrast, this thesis studies probabilistic protocols on the physical layer and MAC layer, which give more insight on the analysis and performance optimization. The probabilistic protocols contains very few parameters (only 2) that can be optimized for best performance. Note that these parameters can be computed to mimic the behavior of a given deterministic protocol, and the result of the probabilistic protocol after optimization can only improve over this one. Moreover, the performance of our optimized probabilistic protocol is checked against results of the literature, and the comparison shows that our protocol performs better. In the end, there is also discussed the issue of relay selection. In a scenario of several candidate Relays, we propose a criterion for choosing the best Relay. The performance obtained by this criterion is compared to that obtained with the reference criteria in the literature.

Au sein de cette thèse, nous étudions l'utilisation de codes dans les systèmes de diffusion distribués et dans les systèmes de stockage auto-réparant. Les codes ont été largement utilisés afin de construire des systèmes fiables à partir d'éléments non fiables. A ce titre, les codes sont très utiles dans les systèmes distribués et surpassent les approches sans codes. Cependant, dans la pratique, les codes sont souvent délaissés notamment à cause de leurs coûts de décodage élevés et de leurs coûts de réparation plus élevés. Nous étudions la possibilité de réduire les coûts annexes afin de rendre les codes plus attrayants. Ainsi, nous proposons d'adapter un protocole de diffusion épidémique afin de profiter au plus des codes fontaines et nous construisons de nouveaux codes réseau basse complexité. Puis nous étudions l'utilisation de codes réseaux dans les systèmes de stockage afin d'offrir des compromis optimaux entre coûts de stockage et de réparation.

Le codage de sources distribuées est une technique permettant de compresser plusieurs sources corrélées sans aucune coopération entre les encodeurs, et sans perte de débit si leur décodage s'effectue conjointement. Fort de ce principe, le codage de vidéo distribué exploite la corrélation entre les images successives d'une vidéo, en simplifiant au maximum l'encodeur et en laissant le décodeur exploiter la corrélation. Parmi les contributions de cette thèse, nous nous intéressons dans une première partie au codage asymétrique de sources binaires dont la distribution n'est pas uniforme, puis au codage des sources à états de Markov cachés. Nous montrons d'abord que, pour ces deux types de sources, exploiter la distribution au décodeur permet d'augmenter le taux de compression. En ce qui concerne le canal binaire symétrique modélisant la corrélation entre les sources, nous proposons un outil, basé sur l'algorithme EM, pour en estimer le paramètre. Nous montrons que cet outil permet d'obtenir une estimation rapide du paramètre, tout en assurant une précision proche de la borne de Cramer-Rao. Dans une deuxième partie, nous développons des outils permettant de décoder avec succès les sources précédemment étudiées. Pour cela, nous utilisons des codes Turbo et LDPC basés syndrome, ainsi que l'algorithme EM. Cette partie a été l'occasion de développer des nouveaux outils pour atteindre les bornes des codages asymétrique et non-asymétrique. Nous montrons aussi que, pour les sources non-uniformes, le rôle des sources corrélées n'est pas symétrique. Enfin, nous montrons que les modèles de sources proposés modélisent bien les distributions des plans de bits des vidéos; nous montrons des résultats prouvant l'efficacité des outils développés. Ces derniers permettent d'améliorer de façon notable la performance débit-distorsion d'un codeur vidéo distribué, mais sous certaines conditions d'additivité du canal de corrélation.

Dans le contexte de l'Internet des Objets (IoT), on estime à plus de 10% la proportion de connections réalisées via les réseaux longue portée bas débit, représentant ainsi plusieurs milliards d’objet connectés. Afin de satisfaire les exigences en termes de sensibilité et de réduction du débit, deux approches sont généralement envisagées : l’approche bande étroite, et l’approche faible efficacité spectrale. En comparant les performances des systèmes existants à la limite théorique issue de la théorie de l'information et démontrée par Shannon, on constate qu’un gain en performance est atteignable, tout en travaillant toujours à de faibles niveaux de sensibilité. La théorie de l'information permet d'affirmer qu'un compromis entre l'efficacité spectrale et l'efficacité énergétique doit toujours être fait. Ainsi, une haute efficacité énergétique s'obtiendra au détriment d'une efficacité spectrale faible. A l'inverse, un système fonctionnant à une haute efficacité spectrale devra utiliser plus d'énergie pour transmettre le même nombre de bits et atteindre le même taux d'erreur.Ce travail s’intéresse à l’approche faible efficacité spectrale. En partant des modulations orthogonales, qui permettent d’atteindre la limite théorique de Shannon à des efficacités spectrales très faibles, et des processus turbo, qui atteignent d’excellentes performances à des efficacités spectrales élevées, l’utilisation conjointe d’une modulation orthogonale et d'un code correcteur associés à un récepteur itératif dans une technique dénommée Turbo-FSK est étudiée. Les différents paramètres de la technique sont optimisés en utilisant un outil classique des processus itératifs, l’Extrinsic Information Transfer (EXIT) chart. Les performances mesurées démontrent que la technique permet bien d’atteindre de très faibles niveaux de sensibilité et répond aux critères des réseaux longue portée bas débit. Cependant, la technique ne dispose de point de fonctionnement qu’à de très faibles valeurs d’efficacité spectrale : pour certaines applications ou si la portée nécessaire est réduite, il peut être bénéfique pour le système d’augmenter son efficacité spectrale. Ceci est rendu possible grâce à l’introduction d’une composante linéaire dans l’alphabet de modulation et d’un mécanisme de poinçonnage spécifique à la technique dans une version flexible appelée Coplanar Turbo-FSK. L’étude de l’influence des paramètres et des performances sur un canal à bruit blanc additif gaussien permet en effet de conclure sur la flexibilité de l’efficacité spectrale du système, tout en fonctionnant proche de la limite théorique. Finalement, l’étude jusqu’ici théorique est étendue à un contexte plus pratique, où des canaux sélectifs en fréquences sont considérés. Une encapsulation du système utilisant une architecture OFDM est considérée, et différentes mesures caractéristiques des systèmes de télécommunication sont évaluées. Les résultats sont confrontés à la solution Narrow-Band IoT proposée par l’organisme 3GPP et démontrent ici encore le potentiel de la solution Turbo-FSK pour les réseaux longue portée bas débit. / More than 10% of the Internet-of-Things (IoT) connections are expected to be realized through Low Power Wide Area (LPWA) networks, representing several billions of connected devices. Several industrial solutions have been developed and a standardization process is ongoing. The low levels of sensitivity and low data rate required for the long range communication are achieved by the means of two strategies: a narrow-band strategy and a low spectral efficiency strategy. Considering the limits of the information theory, additional gains in the communication's energy efficiency can be achieved. Nonetheless, a trade-off between spectral efficiency and energy efficiency should always be made. Reliable transmission with high energy efficiency will necessarily result in poor spectral efficiency, and in comparison, a system with a higher spectral efficiency has to consume more energy to transmit the same amount of bits with the same arbitrary level of error.This work considers the low spectral efficiency strategy. The combination of orthogonal modulations and a powerful channel code is studied. The scheme, so-called Turbo-FSK, associates the low spectral efficiency of Frequency Shift Keying (FSK) with the energy efficiency gain of a turbo receiver. Low levels of spectral efficiency can be achieved while optimizing the use of the available resource. The parameters of the scheme are optimized using a classic tool for iterative receivers, the Extrinsic Information Transfer (EXIT) chart. Performance of Turbo-FSK compared to existing LPWA solutions demonstrates the potential of the proposed solution to achieve low levels of sensitivity and to outperform existing schemes. However, the restrictions on low levels of spectral efficiency reduces the number of possible applications for the scheme. By introducing a linear component in the alphabet and a puncturing procedure, flexibility in spectral efficiency is achieved. A large range of spectral efficiencies can be obtained while maintaining performance close to the channel capacity theoretical limit. Eventually, more practical scenarios are considered for evaluating the performance of the scheme. Frequency selective channels are considered and an encapsulation in a Fast Fourier Transform (FFT) based system is implemented. Various indicators are studied and the Turbo-FSK scheme is compared to well-known technologies, such as schemes using Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) associated with a powerful Forward Error Correction (FEC) scheme, namely Turbo Code (TC).

Les systèmes de navigation par satellites sont de plus en plus présents dans notre vie quotidienne. De nouveaux besoins émergent, majoritairement en environnement urbain. Dans ce type d'environnement très obstrué, le signal reçu par l'utilisateur a subit des atténuations ainsi que des réfractions/diffractions, ce qui rend difficile la démodulation des données et le calcul de position de l'utilisateur. Les signaux de navigation par satellites étant initialement conçus dans un contexte d'environnement dégagé, leurs performances de démodulation sont donc généralement étudiées dans le modèle de canal de propagation AWGN associé. Or aujourd'hui ils sont utilisés aussi en environnements dégradés. Il est donc indispensable de fournir et d'étudier leurs performances de démodulation dans des modèles de canal de propagation urbain. C'est dans ce contexte que s'inscrit cette thèse, le but final étant d'améliorer les performances de démodulation des signaux GNSS en milieux urbains, en proposant un nouveau signal. Afin de pouvoir fournir et analyser les performances de démodulation des signaux de navigation par satellite en milieux urbains, un outil de simulation a été développé dans le cadre de cette thèse : SiGMeP pour « Simulator for GNSS Message Performance ». Il permet de simuler la chaine entière d'émission/réception d'un signal de navigation par satellites et de calculer ses performances de démodulation en milieu urbain. Les performances de démodulation des signaux existants et modernisés ont donc été calculées avec SiGMeP en environnement urbain. Afin de représenter au mieux ces performances pour qu'elles soient le plus réalistes possibles, une nouvelle méthode adaptée au cas urbain est proposée dans ce manuscrit. Ensuite, pour améliorer ces performances de démodulation, l'axe de recherche s'est essentiellement porté sur le « codage canal ». Pour décoder l'information utile transmise, le récepteur calcule une fonction de détection à l'entrée du décodeur. Or la fonction de détection utilisée dans les récepteurs classiques correspond à un modèle de canal AWGN. Ce manuscrit propose donc une fonction de détection avancée, qui s'adapte au canal de propagation dans lequel l'utilisateur évolue, ce qui améliore considérablement les performances de démodulation, en ne modifiant que la partie récepteur du système. Enfin, dans le but de concevoir un nouveau signal avec de meilleures performances de démodulation en environnement urbain que celles des signaux existants ou futurs, un nouveau codage canal de type LDPC a été optimisé pour une modulation CSK. En effet, la modulation CSK est une modulation prometteuse dans le monde des signaux de type spectre étalé, qui permet de se débarrasser des limitations en termes de débit de données qu'impliquent les modulations actuelles des signaux de navigation par satellites. / Global Navigation Satellite Systems (GNSS) are increasingly present in our everyday life. Further operational needs are emerging, mainly in urban environments. In these obstructed environments, the signal emitted by the satellite is severely degraded due to the many obstacles. Consequently, the data demodulation and the user position calculation are difficult. GNSS signals being initially designed in an open environment context, their demodulation performance is thus generally studied in the associated AWGN propagation channel model. But nowadays, GNSS signals are also used in degraded environments. It is thus essential to provide and study their demodulation performance in urban propagation channel models. It is in this context that this PhD thesis is related, the final goal being to improve GNSS signals demodulation performance in urban areas, proposing a new signal. In order to be able to provide and study GNSS signals demodulation performance in urban environments, a simulation tool has been developed in this PhD thesis context: SiGMeP for ‘Simulator for GNSS Message Performance'. It allows simulating the entire emission/reception GNSS signal chain in urban environment. Existing and modernized signals demodulation performance has thus been computed with SiGMeP in urban environments. In order to represent this demodulation performance faithfully to reality, a new methodology adapted to urban channels is proposed in this dissertation. Then, to improve GNSS signals demodulation performance in urban environments, the research axis of this thesis has focused on the ‘Channel Coding' aspect. In order to decode the transmitted useful information, the receiver computes a detection function at the decoder input. But the detection function used in classic receivers corresponds to an AWGN propagation channel. This dissertation thus proposes an advanced detection function which is adapting to the propagation channel where the user is moving. This advanced detection function computation considerably improves demodulation performance, just in modifying the receiver part of the system. Finally, in order to design a new signal with better demodulation performance in urban environments than one of existing and future signals, a new LDPC channel code has been optimized for a CSK modulation. Indeed, the CSK modulation is a promising modulation in the spread spectrum signals world, which permits to free from limitation sin terms of data rate implied by current GNSS signals modulations.

Codage de réseau (NC) a gagné beaucoup d'attention de la recherche comme un candidat potentiel pour résoudre la demande de plus grande efficacité spectrale des communications modernes sans fil. De nombreux travaux de recherche ont étudié la performance des réseaux NC-aidés telles que le débit et la capacité de panne. Cependant, l'analyse de la NC dans des systèmes pratiques où NC est combiné avec d'autres techniques telles que le codage de canal est encore immature pour comprendre pleinement son potentiel de performance. Dans cette thèse, nous nous efforçons de concevoir des récepteurs de haute performance et d'analyser sa performance pour les réseaux de coopération réseau codé dans des scénarios pratiques. Tout d’abord, nous vous proposons deux Itératif Décodage de Réseau /Canal (IDRC) algorithmes pour le canal de relais d'accès multiple (MARC) avec deux systèmes de relais de notables nommés décodage-et-transfert et démoduler et transfert. L'algorithme du RIDC fonctionne sur la base de méthodes de décodage turbo-comme et réduit l'impact du problème de la propagation de l'erreur à l'aide d'un modèle de récepteur de canal courant. Tant parfaite information de la parfait CSI et imparfait CSI au côté récepteur sont étudiées. Nous proposons un procédé pratique qui transmet la version quantifiée des erreurs de décodage de relais à la destination. Il est démontré que les algorithmes proposés réaliser un gain de diversité complète et surpasse les solutions qui ne prennent pas soin de propagation d'erreur significative. Nous montrons également que le nombre de symboles pilotes ne concerne que le gain de codage, mais a un impact négligeable sur l'ordre de la diversité, alors que le niveau de quantification affecte à la fois la diversité et le gain de codage.Deuxièmement, nous proposons un Conjoint Décodage de Réseau/Canal Près Optimal (CDRCPO) algorithme pour le MARC qui permet d'analyser le taux de bits du système d'erreur (BER). L'algorithme de CDRCPO exécute le décodage de réseau et de décodage de canal en une seule étape de décodage du code superbe, qui se compose de tous les états de treillis de code individuel aux sources via NC. En outre, NC combiné avec la sélection de relais (RS) est considéré et l'ordre de diversité possible est étudié à l'aide de l'analyse de panne. Nous montrons analytiquement que la sélection de relais simple (SRS) permet toujours d'obtenir une ordonnance de la diversité et de la sélection de deux relais multiple (MRS) peut obtenir gain de diversité complète que lorsque le nombre de relais sélectionné dépasse le nombre de sources.En fin, nous proposons un protocole dit relais partielle d'améliorer l'efficacité spectrale pour le codage des réseaux de relais assisté canal. Forme-proche expression du BER et l'ordre de la diversité du système sont calculés pour le relais partiel. Nous montrons, par l'analyse et la simulation, qui avec un code convolutif bon, le relais partiel peut obtenir gain de diversité complète et même gain de codage que le classique (complet) relayer protocole fini région signal-sur-bruit alors qu'il obtient une meilleure utilisation du spectre. De plus, nous proposons un nouveau protocole basé sur le relais partiel dans les réseaux de coopération relayant opportunistes et montrons que ce protocole surpasse de manière significative la coopération sur la NC dans certaines circonstances. / Network coding (NC) has gained much research attention as a potential candidate to solve the demand for higher spectral efficiency of modern wireless communications. Many research papers have investigated the performance of NC-aided networks such as throughput and outage capacity. However, the analysis of NC in practical systems where NC is combined with other techniques such as channel coding is still immature to fully understand its potential performance. In this thesis, we aim to design high performance receivers and analyze its performance for network-coded cooperative networks in practical scenarios.Firstly, we propose two Iterative Network/Channel Decoding (INCD) algorithms for the Multiple-Access Relay Channel (MARC) with two notable relaying schemes named Decode-and-Forward (DF) and Demodulate-and-Forward (DMF). The INCD algorithm operates based on turbo-like decoding methods and reduces the impact of the error propagation problem with the aid of a channel-aware receiver design. Both perfect Channel State Information (CSI) and imperfect CSI at the receiver side are investigated. We propose a practical method that forwards the quantized version of the relay decoding errors to the destination. It is shown that the proposed algorithms achieve full diversity gain and significantly outperforms solutions which do not take care of error propagation. We also show that the number of pilot symbols affects only the coding gain but has a negligible impact on the diversity order, while the quantization level affects both the diversity and coding gain.Secondly, we propose a Near Optimal Joint Network/Channel Decoding (NOJNCD) algorithm for the MARC that allows to analyze the system Bit Error Rate (BER). The NOJNCD algorithm performs network decoding and channel decoding in one decoding step of the super code, which comprises of all trellis states of individual code at the sources via NC. Furthermore, NC combined with Relay Selection (RS) is considered and the achievable diversity order is studied with the aid of outage analysis. We analytically show that Single Relay Selection (SRS) always achieves a diversity order two and Multiple Relay Selection (MRS) can achieve full diversity gain only when the number of selected relays exceeds the number of the sources.Last but not least, we propose a so-called partial relaying protocol to improve the spectral efficiency for channel coding assisted relay networks. Closed-form expression of the BER and the system diversity order are computed for partial relaying. We show, by analysis and simulations, that with a proper Convolutional Code (CC), partial relaying can achieve full diversity gain and same coding gain as the classical (full) relaying protocol in finite signal-to-noise ratio region while it obtains a better spectrum usage. Moreover, we propose a new protocol based on partial relaying in opportunistic relaying cooperative networks and show that this protocol significantly outperforms the NC-based cooperation in some circumstances.

La croissance exponentielle du trafic de données sans fils, causée par l'Internet mobile et les smartphones, contraint les futurs systèmes radio à inclure des modulations/formes d'ondes plus avancées offrant un débit plus élevé et une utilisation efficace des ressources spectrales. Les transmissions dites Faster-Than-Nyquist (FTN), introduites en 1975, sont parmi les meilleurs candidates pour répondre à ces besoins. En transmettant les symboles à une cadence plus rapide que celle définie par le critère de Nyquist, FTN peut théoriquement augmenter le débit mais en introduisant des interférences en contrepartie. Dans cette thèse, nous explorons le concept des transmissions FTN à travers un canal AWGN (Additive White Gaussian Noise) dans le contexte des modulations OFDM/OQAM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing with Offset Quadrature Amplitude Modulation).L'objectif principal de cette thèse est de présenter un système OFDM/OQAM qui permet de transmettre l'information au-delà de la cadence de Nyquist tout en tenant en compte la complexité globale du système. Tout d'abord, nous proposons une nouvelle implémentation efficace des systèmes OFDM/OQAM appliquant le concept FTN, désignée ici par FTN-OQAM, qui garde la même complexité que les systèmes OFDM/OQAM et qui permet un gain en débit très proche du gain théorique. Vu que la condition de Nyquist n'est plus respectée, le signal transmis est maintenant perturbé par des interférences. Pour remédier à ce problème, nous proposons un récepteur basé sur le principe de l'égalisation linéaire sous le critère minimum erreur quadratique moyenne avec annulation d'interférences appelé MMSE LE-IC. Le but de notre système est d'augmenter le débit de transmission, ce qui signifie que des constellations d'ordres élevés seront ciblées. Dans ce contexte, le MMSE LE-IC, dont la complexité est indépendante de la constellation, représente un bon compromis entre efficacité et complexité. Puisque la modulation OFDM/OQAM utilise différents types de formes d'ondes, nous proposons pour plusieurs d'entre elles un algorithme pour déterminer la valeur minimale du facteur d'accélération, en fonction de l'ordre de constellation, qui apporte un gain en efficacité spectrale tout en gardant les mêmes performances que les systèmes respectant le critère de Nyquist à un SNR fixé. Ensuite, nous étudions l'amélioration du traitement itératif de l'émetteur-récepteur. La méthode proposée consiste à combiner un précodeur avec le système FTN-OQAM afin de réduire les interférences causées par du FTN à l'émission. Nous proposons un modèle de précodage dispersé, car il est difficile de précoder conjointement tous les symboles transmis. Nous présentons trois familles de précodeurs avec les récepteurs correspondants. En outre, nous modifions différents blocs de l'émetteur FTN-OQAM tels que le codage canal, le mappage des bits et le mappage des symboles afin d'améliorer davantage le transmetteur FTN-OQAM. Les résultats présentés révèlent le potentiel important des systèmes proposés. / The exponential growth of wireless data traffic driven by mobile Internet and smart devices constrains the future radio systems to include advanced modulations/waveforms offering higher data rates with more efficient bandwidth usage. One possibility is to violate the well known Nyquist criterion by transmitting faster than the Nyquist rate, i.e., using a technique also known as Faster-Than-Nyquist (FTN) signaling. Nyquist-based systems have the advantage of simple transmitter and receiver architectures at the detriment of bandwidth efficiency. The idea of signaling beyond the Nyquist rate to trade the interference-free transmission for more throughput goes back to 1975. In this dissertation, we investigate the concept of FTN signaling over Additive White Gaussian Noise (AWGN) channel in the context of Orthogonal Frequency Division Multiplexing with Offset Quadrature Amplitude Modulation OFDM/OQAM modulation.The main objective of our work is to present an OFDM/OQAM system signaling faster than the Nyquist one and explore its potential rate improvement while keeping under consideration the overall system complexity. First, we propose a new efficient FTN implementation of OFDM/OQAM systems, denoted by FTN-OQAM, that has the same complexity as OFDM/OQAM systems, while approaching very closely the FTN theoretical rate improvement. As the Nyquist condition is no longer respected, severe interference impacts the transmitted signals. To deal with the introduced interferences, we propose a turbo-like receiver based on Minimum Mean Square Error Linear Equalization and Interference Cancellation, named MMSE LE-IC. The aim of our system is to boost the transmission rate, which means that high constellation orders will be targeted. In this respect, the MMSE LE-IC, whose complexity is independent of the constellation, turns out to be a good candidate. Since OFDM/OQAM modulation can be equipped with different types of pulse shapes, we propose an algorithm to find, for different constellation orders, the minimum achieved FTN packing factor for various pulse shapes. Then, we aim at improving the iterative processing of the introduced transceiver. The proposed method involves combining a precoder with the FTN-OQAM system in order to remove FTN-induced interference at the transmitter. We also present a sparse precoding pattern as it is difficult to jointly precode all the transmitted symbols. We introduce three families of precoders along with the corresponding receivers. Furthermore, we propose several modifications of the FTN-OQAM transmitter concerning different blocks such as channel coding, bits mapping and symbols mapping to further enhance the FTN-OQAM transceiver design. Presented results reveal the significant potential of the proposed methods.