Les modulations à phase continue (CPMs) sont des méthodes de modulations robuste à la noncohérence du canal de propagation. Dans un contexte spatial, les CPM sont utilisées dans la chaîne de transmission de télémesure de la fusée. Depuis les années 70, la modulation la plus usitée dans les systèmes de télémesures est la modulation CPFSK continuous phase frequency shift keying filtrée. Historiquement, ce type de modulation est concaténée avec un code ReedSolomon (RS) afin d'améliorer le processus de décodage. Côté récepteur, les séquences CPM non-cohérentes sont démodulées par un détecteur Viterbi à sortie dure et un décodeur RS. Néanmoins, le gain du code RS n'est pas aussi satisfaisant que des techniques de codage moderne capables d'atteindre la limite de Shannon. Actualiser la chaîne de communication avec des codes atteignant la limite de Shannon tels que les codes en graphe creux, implique deremanier l’architecture du récepteur usuel pour un détecteur à sortie souple. Ainsi, on propose dans cette étude d' élaborer un détecteur treillis à sortie souple pour démoduler les séquences CPM non-cohérentes. Dans un deuxième temps, on concevra des schémas de pré-codages améliorant le comportement asymptotique du récepteur non-cohérent et dans une dernière étape on élabora des codes de parité à faible densité (LDPC) approchant la limite de Shannon.

Dans le cadre de l’avion plus électrique, les avionneurs cherchent à remplacer les commandes de vol hydrauliques par des commandes de vol électriques, avec pour intérêt de diminuer le poids, et d’améliorer la flexibilité des équipements aéronautiques. Sachant que sur un A380, la distance cumulée pour les câbles peut atteindre plus de 500 km, la solution consistant à faire cohabiter les transmissions de données et de puissances au sein de mêmes câbles grâce à la technologie CPL pourrait contribuer à réduire la masse de câble dans un avion. Cependant les câbles de puissance n’ont pas été dimensionnés pour transmettre un signal informationnel, et les équipements présents sur le réseau sont source de bruits. Dans ce contexte nous souhaitons montrer la faisabilité d’une transmission CPL soumise aux contraintes avioniques tout en respectant les normes aéronautiques. La première partie des travaux a consisté à mesurer le canal de propagation sur un banc de test représentatif d’un environnement aéronautique. Le canal de propagation est composé de deux coupleurs de type inductif ou capacitif dont le but est de connecter les câbles de télécommunication au réseau de puissance et d’une paire bifilaire torsadée de puissance d’une longueur de 32 m représentative d’un réseau HVDC ±270 V. Nous avons alors testé trois architectures différentes : l’architecture point-À-Point avec coupleur capacitif, l’architecture point-À-Point avec coupleur inductif et l’architecture point-À-Multipoints avec coupleur inductif. Le but de ces mesures a été d’évaluer la fonction de transfert du canal sur la bande [1 ; 100] MHz. Nous avons alors calculé les éléments caractéristiques du canal comme la bande de cohérence et l’étalement des retards. Après la caractérisation du canal de propagation, nous avons choisi et dimensionné les algorithmes de traitement du signal au regard des spécifications aéronautiques à savoir : un débit utile de 10 Mbit/s, un temps de latence de 167-334 μs, un TEB de 10-12 et le respect du gabarit de la DO-160 en émission conduite. Au regard de la fonction de transfert du canal, nous avons choisi d’utiliser l’OFDM comme technique de transmission. Ainsi, à l’aide de la caractérisation du canal de propagation nous avons au cours d’une étude paramétrique défini les paramètres de la transmission OFDM au regard des spécifications de débit et de temps réel. Dans un second temps, nous avons implanté les paramètres OFDM ainsi que la modélisation du canal de propagation dans une chaine de transmission Matlab. Cette chaine nous a alors permis de vérifier les paramètres issues de l’étude paramétrique ainsi que de définir le système de codage de canal (Reed-Solomon et code convolutif) pour respecter les spécifications aéronautiques. La dernière partie de cette thèse a consisté en l’étude du système de synchronisation. Du fait de la stabilité du canal de propagation, nous avons considéré une synchronisation fine du système lors d’une phase d’initialisation puis nous nous somme focalisé sur le dimensionnement d’un système de suivi dans le but de corriger le décalage de fenêtre FFT dû au défaut de fréquence d’échantillonnage. Pour limiter les pertes de débit lors de la phase de suivi, nous avons proposé une estimation de l’erreur de fréquence d’échantillonnage sur la phase des données reçues sur une période de 20 symboles OFDM. / In the new aircrafts, hydraulic flight control systems are replaced by electric flight control systems. The main interests are a better flexibility of the aeronautical equipments and a decrease in maintenance costs and construction costs, but the major problem is the increasing of the wires length. In order to decrease this length, it has been proposed to use power line communications (PLC) technology for flight control systems. The decrease of wire will first decrease aircraft weight and therefore the consumption of kerosene and on the other hand will simplify maintenance and construction. The first part of this work is the measurement and the characterisation of the propagation channel on an aeronautic test bench (with HVDC supply and loads). This channel is composed of two couplers (inductive or capacitive) in order to connect the telecommunication system on the power wires with galvanic isolation and one twisted pair of 32 m longs. We have tested three architectures: the point-To-Point architecture with capacitive coupler, the point-To-Point architecture with inductive coupler and the point-To-Multipoint architecture with inductive coupler. The purpose of these measurements is to measured the transfer function on the [1 ; 100] MHz bandwidth. Then, we have computed the channel parameters like the coherence bandwidth and the delay spread. The second step was the design of the signal processing algorithm in order to satisfy the aeronautical specifications: a useful bite rate of 10 Mbit/s, a latency of 167- 334 μs, a BER of 10-12 and the respect of the DO-160 gauge in conducted emissions. For the transmissions, we have chosen the OFDM technology which has been use with success in other PLC systems. With the channel characterization, we have proposed a parametric study in order to define the OFDM parameters to satisfy the bite rate and the real time constraints. After, we compute digital simulations with Matlab to check the OFDM parameters. With these simulations, we have also defined the channel coding parameters (Reed-Solomon and convolutional coding) to satisfy the aeronautical specifications. The last part of this study was the design of the synchronisation system. Because of the channel stability, we considered a precise synchronisation after an initialisation period. Then, we focus on the estimation of the FFT shift, due to the sampling frequency shift, during a following-Up period. In order to avoid the decrease of the latency and the bitrate due to the pilot symbols or pilot sub-Carriers insertion, we proposed to correct the FFT shift with the receive data thanks to the maximal likelihood algorithm.

Le contexte de cette thèse est la reconnaissance de systèmes de communication dans un contexte non coopératif. Nous nous intéressons au problème de la reconstruction de codes convolutifs et à la reconstruction du mapping (la bijection utilisée pour associer une séquence binaire à un signal modulé). Nous avons élaboré une nouvelle méthode statistique qui à partir d'une séquence binaire bruitée observée permet de détecter si une séquence binaire est codée par un codeur convolutif. Cette méthode consiste à former des blocs de séquence suffisamment grands pour contenir le support d'une équation de parité et à compter le nombre de blocs identiques. Elle a l'avantage de fournir la longueur du code utilisé lorsque le mapping est inconnu. Cette méthode peut également être utilisée pour reconstruire le dual d'un code convolutif lorsque le mapping est connu. Nous proposons par ailleurs un algorithme de reconnaissance de mapping basé sur le parcours de classes d'équivalences. Deux types de classes sont définies. Nous disposons d'un signal bruité partiellement démodulé (démodulé avec un mapping par défaut) et supposons que les données sont codées par un codeur convolutif. Nous utilisons la reconnaissance d'un tel code comme testeur et parcourons enfin les classes d'équivalences faisant apparaître une structure de codes convolutifs. Cette classification améliore la complexité de la recherche pour les petites constellations (4 et 8-PSK). Dans le cas des constellations 16 à 256-QAM l'algorithme est appliqué aux mappings Gray ou quasi-Gray. L'algorithme ne fournit pas un résultat unique mais il permet de trouver un ensemble de mappings possibles à partir de données bruitées. / The context of this thesis is the recognition of communication systems in a non-cooperative context. We are interested in the convolutional code reconstruction problem and in the constellation labeling reconstruction (the mapping used to associate a binary sequence to a modulated signal). We have defined a new statistical method for detecting if a given binary sequence is a noisy convolutional code-word obtained from an unknown convolutional code. It consists in forming blocks of sequence which are big enough to contain the support of a parity check equation and counting the number of blocks which are equal. It gives the length of the convolutional code without knowledge of the constellation labeling. This method can also be used to reconstruct the dual of a convolutional code when the constellation labeling is known. Moreover we propose a constellation labeling recognition algorithm using some equivalence classes. Two types of classes are defined: linear and affine. We observe a noisy signal which is partially demodulated (with a default labeling) and assume that the data are coded by a convolutional encoder. Thus we use the reconstruction of a code as a test and run through the classes which reveal a code structure. This classification improves the complexity of the search for small constellations (4-PSK and 8-PSK). In case of 16-QAM to 256-QAM constellations we apply the algorithm to Gray or quasi-Gray labelings. The algorithm does not give a unique result but it allows to find a small set of possible constellation labelings from noisy data.

Dans cette thèse, nous nous intéressons au problème de la reconnaissance de code. Ce problème se produit principalement lorsqu'une communication est observée dans un milieu non-coopératif. Une liste de mots bruités issus d'un code inconnu est obtenue, l'objectif est alors de retrouver l'information contenue dans ces mots bruités. Pour cela, le code utilisé est reconstruit afin de décoder les mots observés. Nous considérons ici trois instances de ce problème et proposons pour chacune d'elle une nouvelle méthode. Dans la première, nous supposons que le code utilisé est un turbo-code et nous proposons une méthode pour reconstruire la permutation interne (les autres éléments du turbo-codeur pouvant être facilement reconstruits grâce aux méthodes existantes). Cette permutation est reconstruite pas à pas en recherchant l'indice le plus probable à chaque instant. Plus précisément, la probabilité de chaque indice est déterminée avec l'aide de l'algorithme de décodage BCJR. Dans la seconde, nous traitons le problème de la reconnaissance des codes LDPC en suggérant une nouvelle méthode pour retrouver une liste d'équations de parité de petits poids. Celle-ci généralise et améliore les méthodes existantes. Finalement, avec la dernière méthode, nous reconstruisons un code convolutif entrelacé. Cette méthode fait appel à la précédente pour retrouver une liste d'équations de parité satisfaites par le code entrelacé. Puis, en introduisant une représentation sous forme de graphe de l'intersection de ces équations de parité, nous retrouvons simultanément l'entrelaceur et le code convolutif. / In this PhD, we focus on the code reconstruction problem. This problem mainly arises in a non-cooperative context when a communication consisting of noisy codewords stemming from an unknown code is observed and its content has to be retrieved by recovering the code that is used for communicating and decoding with it the noisy codewords. We consider here three possible scenarios and suggest an original method for each case. In the first one, we assume that the code that is used is a turbo-code and we propose a method for reconstructing the associated interleaver (the other components of the turbo-code can be easily recovered by the existing methods). The interleaver is reconstructed step by step by searching for the most probable index at each time and by computing the relevant probabilities with the help of the BCJR decoding algorithm. In the second one, we tackle the problem of reconstructing LDPC codes by suggesting a new method for finding a list of parity-check equations of small weight that generalizes and improves upon all existing methods. Finally, in the last scenario we reconstruct an unknown interleaved convolutional code. In this method we used the previous one to find a list of parity-check equations for this code. Then, by introducing a graph representing how these parity-check equations intersect we recover at the same time the interleaver and the convolutional code.

Le contexte de cette thèse est la reconnaissance de systèmes de communication dans un contexte non coopératif. Nous nous intéressons au problème de la reconstruction de codes convolutifs et à la reconstruction du mapping (la bijection utilisée pour associer une séquence binaire à un signal modulé). Nous avons élaboré une nouvelle méthode statistique qui à partir d'une séquence binaire bruitée observée permet de détecter si une séquence binaire est codée par un codeur convolutif. Cette méthode consiste à former des blocs de séquence suffisamment grands pour contenir le support d'une équation de parité et à compter le nombre de blocs identiques. Elle a l'avantage de fournir la longueur du code utilisé lorsque le mapping est inconnu. Cette méthode peut également être utilisée pour reconstruire le dual d'un code convolutif lorsque le mapping est connu. Nous proposons par ailleurs un algorithme de reconnaissance de mapping basé sur le parcours de classes d'équivalences. Deux types de classes sont définies. Nous disposons d'un signal bruité partiellement démodulé (démodulé avec un mapping par défaut) et supposons que les données sont codées par un codeur convolutif. Nous utilisons la reconnaissance d'un tel code comme testeur et parcourons enfin les classes d'équivalences faisant apparaître une structure de codes convolutifs. Cette classification améliore la complexité de la recherche pour les petites constellations (4 et 8-PSK). Dans le cas des constellations 16 à 256-QAM l'algorithme est appliqué aux mappings Gray ou quasi-Gray. L'algorithme ne fournit pas un résultat unique mais il permet de trouver un ensemble de mappings possibles à partir de données bruitées.

Dans le but d'améliorer la qualité des transmissions numériques, les normes sont en perpétuelle évolution ce qui engendre des problèmes d'incompatibilité. Le domaine de la radio cognitive offre une solution pertinente à ce problème : la conception de récepteurs intelligents. Ces récepteurs devront être capables d'identifier en aveugle les paramètres de la norme utilisée par l'émetteur. Les travaux présentés dans ce mémoire portent sur la reconnaissance aveugle de codeur à base de code convolutif. De tels codes améliorent la fiabilité d'une transmission en permettant, côté récepteur, de détecter et/ou de corriger d'éventuelles erreurs intervenues lors de la transmission du message. Une étude sur la théorie algébrique des codes convolutifs a été conduite afin d'obtenir les propriétés indispensables à la mise en oeuvre de méthodes d'identification aveugle. Puis, à partir de la seule connaissance d'un train binaire codé, nous avons développé des méthodes permettant d'identifier un code convolutif lors d'une transmission non-bruitée, puis bruitée. Nous avons ensuite développé un algorithme dédié à l'identification en aveugle d'un code convolutif poinçonné. Cet algorithme permet, à partir de la seule connaissance d'une trame codée, poinçonnée et bruitée, d'identifier le code convolutif ainsi que le motif de poinçonnage utilisé à l'émission. Ensuite, nous proposons deux méthodes qui permettent d'identifier un turbocode lors de la réception d'une trame présentant une plage de donnée non-bruitée. Enfin, nous montrons que nos algorithmes d'identification offrent d'excellentes performances avec des paramètres de simulation proches de ceux utilisés dans les différents standards.

Les modulations à phase continue (CPMs) sont des méthodes de modulations robuste à la noncohérence du canal de propagation. Dans un contexte spatial, les CPM sont utilisées dans la chaîne de transmission de télémesure de la fusée. Depuis les années 70, la modulation la plus usitée dans les systèmes de télémesures est la modulation CPFSK continuous phase frequency shift keying filtrée. Historiquement, ce type de modulation est concaténée avec un code ReedSolomon (RS) afin d'améliorer le processus de décodage. Côté récepteur, les séquences CPM non-cohérentes sont démodulées par un détecteur Viterbi à sortie dure et un décodeur RS. Néanmoins, le gain du code RS n'est pas aussi satisfaisant que des techniques de codage moderne capables d'atteindre la limite de Shannon. Actualiser la chaîne de communication avec des codes atteignant la limite de Shannon tels que les codes en graphe creux, implique deremanier l’architecture du récepteur usuel pour un détecteur à sortie souple. Ainsi, on propose dans cette étude d' élaborer un détecteur treillis à sortie souple pour démoduler les séquences CPM non-cohérentes. Dans un deuxième temps, on concevra des schémas de pré-codages améliorant le comportement asymptotique du récepteur non-cohérent et dans une dernière étape on élabora des codes de parité à faible densité (LDPC) approchant la limite de Shannon. / Continuous phase modulations (CPM) are modulation methods robust to the non-coherency of propagation channels. In a space context, CPMs are used in the communication link between the rocket and the base stations. Since the 70's, the most popular telemetry modulation is the filtered continuous phase frequency shift keying (CPFSK). Traditionally, the CPFSK scheme isconcatenated with a Reed-Solomon (RS) code to enhance the decoding process. At the receiver side, the non-coherent CPM sequences are demodulated through a hard Viterbi detector and a RS decoder. However, the RS's coding gain is no more satisfactory when directly compared to modern coding schemes enable to reach the Shannon limit. Updating the communication link to capacity achieving codes, as sparse graph codes, implies to redesign the receiver architecture to soft detector. In that respect, we propose in this study to design a trellis-based soft detector to demodulate non-coherent CPM sequences. In a second part, we will elaborate precoding schemes to improve the asymptotic behaviour of the non-coherent receiver and in a last step we will build low density parity check codes approaching the Shannon limit.