Les travaux de cette thèse concernent l'étude et la proposition de nouvelles solutions d'adaptation d'un système de transmission CPL haut débit aux caractéristiques du canal ligne électrique en accordant un intérêt particulier au bruit impulsif qui représente une contrainte sévère encore difficile à surmonter. Le premier objectif concerne la conduite d'une analyse statistique des mesures du bruit impulsif puis l'étude et la définition d'un modèle à la fois simple et fidèle qui servira à dimensionner et évaluer par simulation les techniques à proposer. Les campagnes de mesure réalisées dans les milieux indoor et automobile ont permis de dégager les caractéristiques du bruit dans les deux environnements et de les comparer pour déduire l'agressivité du bruit indoor et la difficulté de sa compensation. Dans la phase de modélisation du bruit, trois modèles ont d'abord été présentés et étudiés: la classe A du modèle de Middleton, l'approche basée sur les chaînes de Markov et l'approche stochastique. Ensuite, une approche hybride, permettant à la fois une simplicité et une efficacité à reproduire les caractéristiques temporelles, a été proposée. La comparaison des mesures aux différents modèles étudiés ainsi qu'à celui proposé a montré l'efficacité de l'approche hybride qui sera adoptée dans la suite de ce travail. Le deuxième objectif concerne la proposition d'une nouvelle méthode de compensation de l'effet du bruit impulsif qui soit à la fois performante mais à faible complexité d'implantation matérielle. D'abord, la solution d'ajout de modules d'annulation de bruit au niveau du récepteur a été étudiée en proposant des techniques d'annulation de bruit basées sur l'estimation de sa puissance, ensuite différentes structures de codage canal ont été développés, et leurs performances ont été vérifiées et comparées en présence de plusieurs types de scénarios de bruit impulsif. / This thesis deals with the study and the suggestion of new solutions to improve high bit rate power line communications. A special interest is given to impulsive noise presence which is the most difficult transmission constraint to overcome. The first aim of this work is to analyze statistically measure results then to propose a simple and efficient noise model that will be used in a simulation tool to define accurately suitable noise cancellation techniques. Experimental measurements done in both Indoor and vehicle PLC channels allowed to deduce noise characteristics in the two environments, to compare these characteristics and to prove high effect of Indoor impulsive noise. ln next step, three models were studied: c1ass A of Middleton mode 1, Markov chains-based model and the stochastic approach. Then, a new hybrid model, that combines the stochastic approach and Markov chains, was proposed. This model is simple, easy to implement and allows a satisfying fitting to noise temporal characteristics. Comparisons of models to measured noise show the efficiency of the hybrid approach that will be used afterward. The second aim of this work is to defme new appropriate and cost-effective methods to compensate impulsive noise effect. The frrst solution is to add a noise canceller module in the PLC system receiver. This solution was studied by proposing techniques to cancel noise by estimating its power. The second solution is to use error correction methods. ln this case, three channel coding structures were developed and their performances were studied in the presence of different impulsive noise scenarios.

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.

Dans la plupart des systèmes radio, la correction des erreurs de transmission se base sur un protocole ARQ hybride (HARQ), qui combine un code correcteur d'erreurs (FEC) avec un protocole de retransmission (ARQ). La grande majorité des études portant sur l'HARQ se focalise essentiellement sur l'analyse et l'optimisation du code correcteur d'erreurs. Dans cette thèse, nous proposons une optimisation conjointe inter-couches du protocole ARQ hybride, en considérant à la fois des aspects de communications numériques et des aspects protocolaires. Dans les schémas HARQ classiques, dits simple paquet (SP), les paquets de redondance transmis sont tous relatifs au même paquet de données. Chaque retransmission réduit alors significativement le débit utile lorsque la taille des paquets est fixe. D'autre part, le débit est également très sensible à la présence d¿erreurs sur la voie retour. Nous proposons donc une nouvelle approche dite multi-paquets (MP), qui vise à réduire le nombre moyen de retransmissions par paquet grâce à la construction de paquets de redondance pouvant aider au décodage simultané de plusieurs paquets de données. Cette approche offre un gain significatif en débit par rapport aux schémas HARQ-SP lorsque le rapport signal à bruit (RSB) est suffisamment élevé. Les schémas HARQ classiques demeurent toutefois plus performants à faible RSB. Nous montrons par ailleurs que l'approche MP est plus robuste aux erreurs sur la voie de retour que l'approche SP. Ces résultats nous ont conduits à proposer un protocole hybride SP/MP qui bénéficie des avantages propres à chaque stratégie. Nous montrons par une analyse théorique ainsi que par simulation, que ce schéma hybride réalise un très bon compromis entre SP et MP sur toute la plage de RSB.

Les dernières années ont vu une augmentation dans la demande de systèmes de communications numériques efficaces et fiables. Afin de protéger les données transmises contre le bruit, les codes correcteurs d'erreurs doivent être introduits dans le système de transmission. Les codes LDPC (Low Density Parity Check), les codes produits et les turbocodes ont prouvé leur efficacité dans la détection et la correction des erreurs, même à des faibles SNR (Signal to Noise Ratio). Cependant, une dégradation importante dans les performances de ces codes est atteinte dans le cas d'une mauvaise synchronisation au niveau du récepteur. Ainsi, l'utilisation de méthodes de synchronisation efficaces est nécessaire pour le bon fonctionnement d'un système de transmission. Les techniques classiques de synchronisation sont basées sur le rajout de bits pilotes dans la séquence de données à transmettre. La détection de ces bits à la réception nous permet de réaliser la synchronisation. Cependant, ces méthodes ont pour effet de diminuer l'efficacité spectrale de la transmission surtout quand des codes correcteurs d'erreurs de petite taille sont utilisés dans le système. Pour cela, nous sommes intéressés dans cette thèse par la conception de nouvelles techniques de synchronisation aveugles, qui sont capables de synchroniser à des faibles SNR. Nous considérons dans cette thèse le problème de la synchronisation trame, de l'estimation du résidu de porteuse et de l'estimation du déphasage. Nous proposons des techniques de synchronisation originales qui sont basées sur le calcul et la minimisation de fonctions du LLR (Log-Likelihood Ratio) du syndrome calculées à partir de la matrice de contrôle de parité du code correcteur d'erreurs. Les résultats des simulations ont montré que les techniques proposées sont très efficaces et leurs performances surpassent celles de plusieurs méthodes existant dans la littérature.

Les dernières années ont vu une augmentation dans la demande de systèmes de communications numériques efficaces et fiables. Afin de protéger les données transmises contre le bruit, les codes correcteurs d'erreurs doivent être introduits dans le système de transmission. Les codes LDPC (Low Density Parity Check), les codes produits et les turbocodes ont prouvé leur efficacité dans la détection et la correction des erreurs, même à des faibles SNR (Signal to Noise Ratio). Cependant, une dégradation importante dans les performances de ces codes est atteinte dans le cas d'une mauvaise synchronisation au niveau du récepteur. Ainsi, l'utilisation de méthodes de synchronisation efficaces est nécessaire pour le bon fonctionnement d'un système de transmission. Les techniques classiques de synchronisation sont basées sur le rajout de bits pilotes dans la séquence de données à transmettre. La détection de ces bits à la réception nous permet de réaliser la synchronisation. Cependant, ces méthodes ont pour effet de diminuer l'efficacité spectrale de la transmission surtout quand des codes correcteurs d'erreurs de petite taille sont utilisés dans le système. Pour cela, nous sommes intéressés dans cette thèse par la conception de nouvelles techniques de synchronisation aveugles, qui sont capables de synchroniser à des faibles SNR. Nous considérons dans cette thèse le problème de la synchronisation trame, de l'estimation du résidu de porteuse et de l'estimation du déphasage. Nous proposons des techniques de synchronisation originales qui sont basées sur le calcul et la minimisation de fonctions du LLR (Log-Likelihood Ratio) du syndrome calculées à partir de la matrice de contrôle de parité du code correcteur d'erreurs. Les résultats des simulations ont montré que les techniques proposées sont très efficaces et leurs performances surpassent celles de plusieurs méthodes existant dans la littérature.

Les dernières années ont vu une augmentation dans la demande de systèmes de communications numériques efficaces et fiables. Afin de protéger les données transmises contre le bruit, les codes correcteurs d'erreurs doivent être introduits dans le système de transmission. Les codes LDPC (Low Density Parity Check), les codes produits et les turbocodes ont prouvé leur efficacité dans la détection et la correction des erreurs, même à des faibles SNR (Signal to Noise Ratio). Cependant, une dégradation importante dans les performances de ces codes est atteinte dans le cas d'une mauvaise synchronisation au niveau du récepteur. Ainsi, l'utilisation de méthodes de synchronisation efficaces est nécessaire pour le bon fonctionnement d'un système de transmission. Les techniques classiques de synchronisation sont basées sur le rajout de bits pilotes dans la séquence de données à transmettre. La détection de ces bits à la réception nous permet de réaliser la synchronisation. Cependant, ces méthodes ont pour effet de diminuer l'efficacité spectrale de la transmission surtout quand des codes correcteurs d'erreurs de petite taille sont utilisés dans le système. Pour cela, nous sommes intéressés dans cette thèse par la conception de nouvelles techniques de synchronisation aveugles, qui sont capables de synchroniser à des faibles SNR. Nous considérons dans cette thèse le problème de la synchronisation trame, de l'estimation du résidu de porteuse et de l'estimation du déphasage. Nous proposons des techniques de synchronisation originales qui sont basées sur le calcul et la minimisation de fonctions du LLR (Log-Likelihood Ratio) du syndrome calculées à partir de la matrice de contrôle de parité du code correcteur d'erreurs. Les résultats des simulations ont montré que les techniques proposées sont très efficaces et leurs performances surpassent celles de plusieurs méthodes existant dans la littérature.

La détection cohérente combinée avec le traitement du signal s’est imposée comme le standard pour les systèmes de communications optiques longue distance à 100 Gb/s (mono-porteuse) et au-delà. Avec l'avènement des convertisseurs numérique-analogique à haute vitesse et haute résolution, la génération de formats de modulation d'ordre supérieure avec filtrage numérique est devenue possible, favorisant l’émergence de transmissions à forte densité spectrale. En outre, la généralisation des liaisons non gérées en dispersion permet une modélisation analytique du canal optique et favorise l'utilisation d’outils puissants de la théorie de l'information et du traitement du signal. En se fondant sur ces outils, de nouveaux formats de modulation à entrelacement temporel dits hybrides et formats multidimensionnels sont étudiés et mise en oeuvre expérimentalement. Leur impact sur les algorithmes de traitement du signal et sur le débit d'information atteignable est analysé en détail. La conception de transpondeurs de prochaine génération à 400 Gb/ s et 1 Tb/s reposant sur des signaux à débit-symbole élevé est également étudiée. Ces systèmes sont intéressants pour réduire le coût par bit en augmentant la capacité émise par transpondeur. L'élaboration d'algorithmes de traitement du signal avancés associés à l’utilisation de composants optoélectroniques à l'état de l'art ont permis la démonstration d’expériences records: d’une part la première transmission mono-porteuse à 400 Gb/s sur une distance transatlantique (pour une efficacité spectrale de 6 b/s/Hz) d’autre part la première transmission à 1 Tb/s basée sur la synthèse en parallèle de plusieurs tranches spectrales (8 b/s/Hz) / Coherent detection in combination with digital signal processing is now the de facto standard for long-haul high capacity optical communications systems operating at 100 Gb/s per channel and beyond. With the advent of high-speed high-resolution digital-to-analog converters, generation of high order modulation formats with digital pulse shaping has become possible allowing the increase of system spectral efficiency. Furthermore, the widespread use of transmission links without in-line dispersion compensation enables elegant analytical optical channel modeling which facilitates the use of powerful tools from information theory and digital signal processing. Relying on these aforementioned tools, the introduction of time-interleaved hybrid modulation formats, multi-dimensional modulation formats, and alternative quadrature amplitude modulation formats is investigated in high-speed optical transmission systems. Their impact on signal processing algorithms and achievable information rate over optical links is studied in detail. Next, the design of next generation transponders based on high symbol rate signals operating at 400 Gb/s and 1 Tb/s is investigated. These systems are attractive to reduce the cost per bit as more capacity can be integrated in a single transponder. Thanks to the development of advanced signal processing algorithms combined with state-of-the-art opto-electronic components, record high-capacity transmission experiments are demonstrated: the first single carrier 400 Gb/s transmission over transatlantic distance (at 6 b/s/Hz) and the first 1 Tb/s net data rate transmission based on the parallel synthesis of multiple spectral slices (at 8 b/s/Hz)

Nous abordons dans cette thèse le problème de la séparation de sources selon un angle novateur à de nombreux niveaux. Ces travaux associent deux domaines du traitement du signal jusqu'alors traités de manière disjointe, la séparation de source et le tatouage numérique. Le procédé mis en place au cours de ces travaux a pour but de permettre à un utilisateur "client" de séparer les différents signaux numériques sources composant un mélange audio à partir de ce seul mélange tatoué. Pour ce faire un marquage du signal est effectué par un utilisateur "fournisseur" avant la fixation du mélange sur son support numérique. Ce marquage consiste en l'insertion sur le signal lui-même d'informations utiles à la séparation, et ceci de façon imperceptible. Le tatouage peut, en principe, être inséré soit sur le mélange, soit sur les signaux sources, qui sont disponibles à l'utilisateur fournisseur. Deux systèmes composent donc ce procédé, un encodeur qui permet à l'utilisateur fournisseur de réaliser la phase de mélange et de marquage, et un décodeur qui permet à l'utilisateur client de contrôler la séparation à partir du mélange. Au cours de cette thèse, il est choisi de tatouer le signal de mélange. Une application cible particulièrement visée est le cas d'un mélange polyphonique (signal de musique) fixé sur un support CD audio. La séparation doit permettre à l'utilisateur client d'effectuer un certain nombre de contrôles (par exemple le volume sonore) sur les différentes composantes de la scène sonore (les différents instruments et voix).

Cette thèse traite du problème de l'égalisation des modulations codées pour les transmissions haut-débit sur canaux sélectifs en fréquence, sujets au phénomène d'interférence entre symboles. Nous considérons plus particulièrement la Turbo-Égalisation, qui instaure un échange réciproque d'information entre l'égaliseur et le décodeur, et ce de manière itérative. Nous étudions dans un premier temps le turbo-égaliseur MAP, qui utilise un égaliseur optimal au sens de la minimisation de la p probabilité d'erreur par symbole. Nous montrons que ce récepteur offre des gains de performances importants en comparaison avec les récepteurs conventionnels où les opérations d'égalisation et décodage sont généralement effectuées de manière disjointe. En contrepartie, la complexité du turbo-égaliseur MAP devient rapidement prohibitive en présence de modulations à grand nombre d'états et sur des canaux présentant des étalements temporels importants. En conséquence, nous nous intéressons à une seconde classe de turbo-égaliseurs de moindre complexité et reposant sur des égaliseurs à base de filtres linéaires, optimisés selon le critère MEQM. La nouveauté consiste ici à prendre en compte explicitement la présence d'information a priori dans le calcul des coefficients des filtres, ce qui conduit à des structures bien plus performantes que les égaliseurs MEQM classiques. Nos études montrent que ce type de récepteur constitue une solution attractive pour les transmissions à grande efficacité spectrale sur canaux sélectifs en fréquence. Finalement, nous présentons la mise en oeuvre d'un turbo-égaliseur MEQM sur un DSP virgule-fixe et faible coût, le TMS320VC5509, typiquement destiné aux terminaux mobiles. Nous obtenons ainsi un débit utile de 42 Kbits/s après 5 itérations avec une implémentation en langage C, ce qui démontre la faisabilité de tels récepteurs avec les moyens technologiques actuels.

Ces travaux ont pour application la détection l'identification des signaux audio et particulièrement les signaux d'alarmes de voitures prioritaires. Dans un premier temps, nous proposons une méthode de détection des signaux d'alarme dans un environnement bruité, fondée sur des techniques d'analyse temps-fréquence des signaux. Cette méthode permet de détecter et d'identifier des signaux d'alarmes noyés dans du bruit, y compris pour des rapports signal à bruit négatifs. Puis nous proposons une quantification des signaux robuste aux bruits de transmission. Il s'agit de remplacer chaque niveau de bit d'un vecteur d'échantillons temporels ou fréquentiels par un mot binaire de même longueur fourni par un codeur correcteur d'erreur. Dans une première approche, chaque niveau de bits est quantifié indépendamment des autres selon le critère de minimisation de la distance de Hamming. Dans une seconde approche, pour réduire l'erreur de quantification à robustesse égale, les différents niveaux de bits sont quantifiés successivement selon un algorithme de type matching pursuit. Cette quantification donne aux signaux une forme spécifique permettant par la suite de les reconnaitre facilement parmi d'autres signaux. Nous proposons donc enfin deux méthodes de détection et d'identification des signaux fondées sur la quantification robuste, opérant dans le domaine temporel ou dans le domaine fréquentiel, par minimisation de la distance entre les signaux reçus restreints à leurs bits de poids fort et les signaux de référence. Ces méthodes permettent de détecter et d'identifier les signaux dans des environnements à rapport signal à bruit très faible et ceci grâce à la quantification. Par ailleurs, la première méthode, fondée sur la signature temps-fréquence, s'avère plus performante avec les signaux quantifiés. / This work targets the detection and identification of audio signals and in particular alarm signals from priority cars. First, we propose a method for detecting alarm signals in a noisy environment, based on time-frequency signal analysis. This method makes it possible to detect and identify alarm signals embedded in noise, even with negative signal-to-noise ratios. Then we propose a signal quantization robust against transmission noise. This involves replacing each bit level of a vector of time or frequency samples with a binary word of the same length provided by an error- correcting encoder. In a first approach, each bit level is quantized independently of the others according to the Hamming distance minimization criterion. In a second approach, to reduce the quantization error at equal robustness, the different bit levels are quantized successively by a matching pursuit algorithm. This quantization gives the signals a specific shape that allows them to be easily recognized among other signals. Finally, we propose two methods for detecting and identifying signals based on robust quantization, operating in the time domain or in the frequency domain, by minimizing the distance between the received signals restricted to their high-weight bits and the reference signals. These methods make it possible to detect and identify signals in environments with very low signal-to-noise ratios, thanks to quantization. In addition, the first method, based on the time-frequency signature, is more efficient with quantized signals.