Ce travail de thèse s'intéresse à l'optimisation des performances de transmissions multimédias par une approche originale combinant des circuits radiofréquences, tel que l'am-plificateur de puissance et les distorsions du canal de transmission. Les signaux OFDM sont très sensibles aux non-linéarités de l'amplificateur à cause des fortes fluctuations du niveau du signal, caractérisées par le PAPR. Afin de réduire le PAPR, on propose tout d'abord d'améliorer la méthode TR en termes de rapidité de convergence et de réduction du PAPR, en comparant plusieurs algorithmes d'optimisation. On montre que l'algorithme du gradient con-jugué offre les meilleures performances tout en respectant les spécifications fréquentielles du standard IEEE 802.11a. Par la suite, la méthode TR est évaluée expérimentalement en pré-sence d'un amplificateur de puissance (SZP-2026Z) en utilisant un banc de mesures. On montre ainsi que la méthode TR permet une amélioration de la qualité de transmission. Cette amélioration peut être utilisée pour modifier le point de fonctionnement de l'amplificateur et per-mettre ainsi une réduction de 18 % de la puissance consommée. Les résultats expérimentaux ont conduit au choix d'un modèle réaliste d'amplificateur en considérant les effets mémoires. Ce dernier a été intégré dans une chaîne de simulation SISO comprenant également un modèle réaliste de canal de transmission. La chaîne décrite a permis d'évaluer les performances de la méthode TR dans des conditions de transmission réalistes. Enfin, on propose d'appliquer la méthode TR dans une chaîne MIMO-OFDM en boucle fermée dédiée à la transmission de contenus multimédias scalables dans un environnement réaliste, en utilisant le standard IEEE 802.11n. Cette étude présente une évaluation originale de l'impact de la méthode TR sur la qualité visuelle des images transmises, en prenant en compte le contenu multimédia, la non-linéarité de l'amplificateur et les distorsions apportées par le canal. / In this thesis, we are interested on the performances optimization of multimedia transmissions systems with an original contribution combining RF circuits' imperfections presented by the power amplifier (PA) nonlinearities and the transmission channel distortions. The studied system uses the OFDM technique which is the most widespread multicarrier modulation in recent radio communications systems. However, its major drawback is the high PAPR value, which degrades the transmission quality due to the PA nonlinearities. To reduce the PAPR, we first propose to improve the TR method in terms of convergence speed and PAPR reduction, by studying several optimization algorithms. We show that the conjugate gradient algorithm provides the best performance while respecting the frequency specifica-tions of the IEEE 802.11a standard. Thereafter, TR method has been evaluated experimentally in the presence of a commercial PA (SZP-2026Z) and using a measurement bench. It is shown that the TR method improves the quality of service (QoS), with 18% reduction in PA power consumption. The experimental study has resulted to choosing a realistic PA model consider-ing memory effects. This PA model has been integrated into a SISO simulation chain includ-ing also a realistic channel model. This chain is used to evaluate the TR method performances under realistic transmission conditions. Finally, we propose to apply the TR method in a closed-loop MIMO-OFDM chain dedicated to the transmission of scalable multimedia con-tent in a realistic context with the IEEE 802.1n standard. This study presents a new contribu-tion of the TR method evaluation to improve the visual quality of the JPWL transmitted imag-es, considering in the same time the multimedia content, the PA nonlinearity and the channel transmission distortions.

Cette thèse a pour cadre les transmissions sur les réseaux CPL-BE et les réseaux de capteurs à faible capacité. L'état de l'art classique sur la protection de l'information dans la transmission par réseaux de capteurs fait référence à l'utilisation de codage distribué où les relais implémentent des opérations de parité (mélange des flux) sur les data issues des capteurs. Cependant, il est difficile, de par la nature variable de la qualité des liens en liaisons sans fil, de contrôler la qualité du codeur équivalent construit et de maintenir ses performances au cours du temps. C'est pourquoi nous nous sommes orientés dans cette thèse vers la recherche de schémas de codage différents qui résistent mieux à la variation de qualité des liaisons à travers le réseau. Notre choix s'est porté sur le codage par sous-espace inspiré des travaux de Gabidulin. Le but est de former un code qui utilise une métrique simple et résistante pour sécuriser les transmissions sur le réseau. Les codes à métrique de rang répondent bien à ce besoin car il n'y a qu'à contrôler le rang de la matrice obtenue en réception pour vérifier l'intégrité de la transmission. Les codes à métrique de rang et leur algorithme de décodage ont été étudiés dans un premier temps. Puis, les performances du code LRPC proposé concaténé avec les codes convolutifs sont testées dans des schémas de transmission des contextes différents. / This thesis considers the context of transmissions on CPL-BE networks and low-capacity sensor networks. The state of the art on information protection intransmission by sensor networks refers to the use of distributed coding, where therelays implement parity operations (mixing of streams) on data transmitted by thesensors. However, due to the varying nature of the quality of the wireless links, it is difficult to control the quality of the equivalent encoder constructed and to maintain its performance over time. Therefore, in this thesis, we have focused on the search for different coding schemes that are better resist the variation in the quality of the links across the network. Our choice was based on the sub-space coding inspired by Gabidulin's work. The goal is to form a code that uses a simple and resistant metric to secure transmission across the network. Rank metric codes respond well to this need because it only has to control the rank of the matrix obtained in reception to verify the integrity of the transmission. The rank metric codes and their decoding algorithm were studied in a first step. Then, the performance of the proposed LRPC code concatenated with the convolutional codes is tested in transmission schemes of different contexts.

Dans un nombre croissant d'applications, les perturbations rencontrées s'éloignent fortement des modèles classiques qui les modélisent par une gaussienne ou un mélange de gaussiennes. C'est en particulier le cas des bruits impulsifs que nous rencontrons dans plusieurs domaines, notamment celui des télécommunications. Dans ce cas, une modélisation mieux adaptée peut reposer sur les distributions alpha-stables. C'est dans ce cadre que s'inscrit le travail de cette thèse dont l'objectif est de concevoir de nouvelles méthodes robustes pour l'estimation conjointe état-bruit dans des environnements impulsifs. L'inférence est réalisée dans un cadre bayésien en utilisant les méthodes de Monte Carlo séquentielles. Dans un premier temps, cette problématique a été abordée dans le contexte des systèmes de transmission OFDM en supposant que les distorsions du canal sont modélisées par des distributions alpha-stables symétriques. Un algorithme de Monte Carlo séquentiel a été proposé pour l'estimation conjointe des symboles OFDM émis et des paramètres du bruit $\alpha$-stable. Ensuite, cette problématique a été abordée dans un cadre applicatif plus large, celui des systèmes non linéaires. Une approche bayésienne non paramétrique fondée sur la modélisation du bruit alpha-stable par des mélanges de processus de Dirichlet a été proposée. Des filtres particulaires basés sur des densités d'importance efficaces sont développés pour l'estimation conjointe du signal et des densités de probabilité des bruits / In signal processing literature, noise's sources are often assumed to be Gaussian. However, in many fields the conventional Gaussian noise assumption is inadequate and can lead to the loss of resolution and/or accuracy. This is particularly the case of noise that exhibits impulsive nature. The latter is found in several areas, especially telecommunications. $\alpha$-stable distributions are suitable for modeling this type of noise. In this context, the main focus of this thesis is to propose novel methods for the joint estimation of the state and the noise in impulsive environments. Inference is performed within a Bayesian framework using sequential Monte Carlo methods. First, this issue has been addressed within an OFDM transmission link assuming a symmetric alpha-stable model for channel distortions. For this purpose, a particle filter is proposed to include the joint estimation of the transmitted OFDM symbols and the noise parameters. Then, this problem has been tackled in the more general context of nonlinear dynamic systems. A flexible Bayesian nonparametric model based on Dirichlet Process Mixtures is introduced to model the alpha-stable noise. Moreover, sequential Monte Carlo filters based on efficient importance densities are implemented to perform the joint estimation of the state and the unknown measurement noise density

The aim of the dissertation was to design a realistic, low-complexity non-binary (NB) low density parity check (LDPC) coded space-time-frequency (STF) coded multiple-input multiple-output (MIMO) orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) system with an iterative joint decoder and detector structure at the receiver. The goal of the first part of the dissertation was to compare the performance of different design procedures for NB-LDPC codes on an additive white Gaussian noise (AWGN) channel, taking into account the constraint on the code length. The effect of quantisation on the performance of the code was also analysed. Different methods for choosing the NB elements in the parity check matrix were compared. For the STF coding, a class of universal STF codes was used. These codes use linear pre-coding and a layering approach based on Diophantine numbers to achieve full diversity and a transmission rate (in symbols per channel use per frequency) equal to the number of transmitter antennas. The study of the system considers a comparative performance analysis of di erent ST, SF and STF codes. The simulations of the system were performed on a triply selective block fading channel. Thus, there was selectivity in the fading over time, space and frequency. The effect of quantisation at the receiver on the achievable diversity of linearly pre-coded systems (such as the STF codes used) was mathematically derived and verified with simulations. A sphere decoder (SD) was used as a MIMO detector. The standard method used to create a soft-input soft output (SISO) SD uses a hard-to-soft process and the max-log-map approximation. A new approach was developed which combines a Hopfield network with the SD. This SD-Hopfield detector was connected with the fast Fourier transform belief propagation (FFT-BP) algorithm in an iterative structure. This iterative system was able to achieve the same bit error rate (BER) performance as the original SISO-SD at a reduced complexity. The use of the iterative Hopfield-SD and FFT-BP decoder system also allows performance to be traded off for complexity by varying the number of decoding iterations. The complete system employs a NB-LDPC code concatenated with an STF code at the transmitter with a SISO-SD and FFT-BP decoder connected in an iterative structure at the receiver. The system was analysed in varying channel conditions taking into account the effect of correlation and quantisation. The performance of different SF and STF codes were compared and analysed in the system. An analysis comparing different numbers of FFT-BP and outer iterations was also done. AFRIKAANS : Die doel van die verhandeling was om ’n realistiese, lae-kompleksiteit nie-binˆere (NB) LDPC gekodeerde ruimte-tyd-frekwensie-gekodeerde MIMO-OFDM-sisteem met iteratiewe gesamentlike dekodeerder- en detektorstrukture by die ontvanger te ontwerp. Die eerstem deel van die verhandeling was om die werkverrigting van verskillende ontwerpprosedures vir NB-LDPC kodes op ’n gesommeerde wit Gausruiskanaal te vergelyk met inagneming van die beperking op die lengte van die kode. Verskillende metodes om die nie-bineêre elemente in die pariteitstoetsmatriks te kies, is gebruik. Vir die ruimte-tyd-frekwensiekodering is ’n klas universele ruimte-tyd-frekwensiekodes gebruik. Hierdie kodes gebruik lineêre pre-kodering en ’n laagbenadering gebaseer op Diofantiese syfers om volle diversiteit te bereik en ’n oordragtempo (in simbole per kanaalgebruik per frekwensie) gelyk aan die aantal senderantennes. Die studie van die sisteem oorweeg ’n vergelykende werkverrigtinganalisie van verskillende ruimte-tyd-, ruimte-freksensie- en ruimte-tyd-frekwensiekodes. Die simulasies van die sisteem is gedoen op ’n drievoudig selektiewe blokwegsterwingskanaal. Daar was dus selektiwiteit in die wegsterwing oor tyd, ruimte en frekwensie. Die effek van kwantisering by die ontvanger op die bereikbare diversiteit van lineêr pre-gekodeerde sisteme (soos die ruimte-tyd-frekwensiekodes wat gebruik is) is matematies afgelei en bevestig deur simulasies. ’n Sfeerdekodeerder (SD) is gebruik as ’n MIMO-detektor. Die standaardmetode wat gebuik is om ’n sagte-inset-sagte-uitset (SISO) SD te skep, gebruik ’n harde-na-sagte proses en die maksimum logaritmiese afbeelding-benadering. ’n Nuwe benadering wat ’n Hopfield-netwerk met die SD kombineer, is ontwikkel. Hierdie SD-Hopfield-detektor is verbind met die FFT-BP-algoritme in iteratiewe strukture. Hierdie iteratiewe sisteem was in staat om dieselfde bisfouttempo te bereik as die oorspronklike SISO-SD, met laer kompleksiteit. Die gebruik van die iteratiewe Hopfield-SD en FFT-BP-dekodeerdersisteem maak ook daarvoor voorsiening dat werkverrigting opgeweeg kan word teen kompleksiteit deur die aantal dekodering-iterasies te varieer. Die volledige sisteem maak gebruik van ’n QC-NB-LDPC-kode wat met ’n ruimte-tyd-frekwensiekode by die sender aaneengeskakel is met ’n SISO-SD en FFT-BP-dekodeerder wat in ’n iteratiewe struktuur by die ontvanger gekoppel is. Die sisteem is onder ’n verskeidenheid kanaalkondisies ge-analiseer met inagneming van die effek van korrelasie en kwantisering. Die werkverrigting van verskillende ruimte-frekwensie- en ruimte-tyd-frekwensiekodes is vergelyk en in die sisteem ge-analiseer. ’n Analise om ’n wisselende aantal FFT-BP en buite-iterasies te vergelyk, is ook gedoen. Copyright / Dissertation (MEng)--University of Pretoria, 2010. / Electrical, Electronic and Computer Engineering / unrestricted

Depuis le succès croissant des systèmes mobiles au cours des années 1990, les nouvelles technologies sans fil ont été développées afin de répondre à la demande croissante de services multimédias de haute qualité avec des taux d'erreur les plus faibles possibles. Un moyen intéressant pour améliorer les performances et obtenir de meilleurs taux de transmission consiste à combiner l'utilisation de plusieurs diversités avec un accès de multiplexage dans le cadre des systèmes MIMO. L'utilisation de techniques de sur-échantillonnage, d'étalement et de multiplexage, et de diversités supplémentaires conduit à des signaux multidimensionnels, au niveau de la réception, qui satisfont des modèles tensoriels. Cette thèse propose une nouvelle approche tensorielle basée sur un codage spatio-temporel tensoriel (TST) pour les systèmes de communication sans fil MIMO. Les signaux reçus par plusieurs antennes forment un tenseur d'ordre quatre qui satisfait un nouveau modèle tensoriel, modèle PARATUCK-(2,4) (PT-(2,4)). Une analyse de performance est réalisée pour le système TST ainsi que pour un système spatio-temporel-fréquentiel (STF) récemment proposé dans la littérature, avec l'obtention du gain maximum de diversité dans le cas d'un canal à évanouissement plat. Un système de transmission basé sur le codage TST est proposé pour les systèmes MIMO avec plusieurs utilisateurs. Une nouvelle décomposition tensorielle est introduite, appelée PT-(N1,N). Cette thèse établit les conditions d'unicité du modèle PT-(N1,N). À partir de ces résultats, différents récepteurs semi-aveugles sont proposés pour une estimation conjointe des symboles transmis et du canal, pour les systèmes TST et STF. / Since the growing success of mobile systems in the 1990s, new wireless technologies have been developed in order to support a growing demand for high-quality multimedia services with low error rates. An interesting way to improve the error performance and to achieve better transmission rates is to combine the use of various diversities and multiplexing access techniques in the MIMO system context. The incorporation of oversampling, spreading and multiplexing operations and additional diversities on wireless systems lead to multidimensional received signals which naturally satisfy tensor models. This thesis proposes a new tensorial approach based on a tensor space-time (TST) coding for MIMO wireless communication systems. The signals received by multiple antennas form a fourth-order tensor that satisfies a new tensor model, referred to as PARATUCK-(2,4) (PT-(2,4)) model. A performance analysis is carried out for the proposed TST system and a recent space-time-frequency (STF) system, which allows to derive expressions for the maximum diversity gain over a at fading channel. An uplink processing based on the TST coding with allocation resources is proposed. A new tensor decomposition is introduced, the so-called PT-(N1,N), which generalizes the standard PT-2 and our PT-(2,4) model. This thesis establishes uniqueness conditions for the PARATUCK-(N1,N) model. From these results, joint symbol and channel estimation is ensured for the TST and STF systems. Semi-blind receivers are proposed based on the well-known Alternating Least Squares algorithm and the Levenberg-Marquardt method, and also a new receiver based on the Kronecker Least Squares (KLS) for both systems.

La croissance exponentielle du nombre de dispositifs communicants et des services sans fils émergents fixe des objectifs toujours plus haut pour répondre à la demande de capacité sans cesse croissante des utilisateurs. Cela pose des défis constants pour atteindre les objectifs envisagés. La réutilisation spectrale élevée (High efficiency spectral reuse) a été adopté, cependant, elle conduit à des interférences accrues sur le réseau, ce qui dégrade les performances. L'OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) est utilisé comme solution dans les réseaux de 4 G. Grâce à son orthogonalité, l'OFDM élimine l'interférence intra-cellulaire, mais l'interférence inter-cellule reste importante. Plusieurs méthodes connues sous le nom d'Inter-Cell interférences coordination (ICIC) ont été proposées pour les diminuer. L'ICIC permet la gestion des ressources radio coordonnée entre plusieurs cellules appelées ENodeB. Ces eNodeB peuvent partager les informations nécessaires grâce à l'interface X2 qui les relient, ces informations sont transmises par des messages LTE normalisés. Lorsque les ENodeBs sélectionnent égoïstement les ressources, la théorie de jeux non-coopératifs est largement appliquée pour trouver un juste équilibre. Dans cette thèse, nous mettons l'accent sur l'ICIC pour la liaison descendante d'un système OFDMA cellulaire dans le contexte du projet SOAPS (Spectrum opportuniste accès à la Sécurité publique). Ce projet a pour but l'amélioration de la planification des ressources de fréquences pour fournir des services à large bande dans les systèmes PMR (radiocommunications mobiles privées) en utilisant les technologies LTE. Nous adressons le problème d'ICIC en proposant quatre solutions différentes sous forme d'algorithmes entièrement décentralisés, ces algorithmes se basent sur la théorie des jeux non-coopératifs avec des équilibres de Nash purs des jeux considérés / The exponential growth in the number of communications devices has set out new ambitious targets to meet the ever-increasing demand for user capacity in emerging wireless systems. However, the inherent impairments of communication channels in cellular systems pose constant challenges to meet the envisioned targets. High spectral reuse efficiency was adopted as a solution to higher data rates. Despite its benefits, high spectral reuse leads to increased interference over the network, which degrades performances of mobile users with bad channel quality. To face this added interfence, OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) is used for the new 4th generation network. Thanks to its orthogonality OFDM eliminates the intra-cellular interference, but when the same resources are used in two adjacents cells, the inter-cell interference becomes severe. To get rid of the latter, several methods for Inter-Cell Interference Coordination (ICIC) have been proposed. ICIC allows coordinated radio resources management between multiple cells. The eNodeBs can share resource usage information and interference levels over the X2 interface through LTE-normalized messages. Non-cooperative game theory was largely applied were eNodeBs selfishly selects resource blocks (RBs) in order to minimize interference. In this thesis, we stress on ICIC for the downlink of a cellular OFDMA system in the context of the SOAPS (Spectrum Opportunistic Access in Public Safety) project. This project focuses on the improvement of frequency resource scheduling for Broadband Services provision by PMR (Private Mobile Radio) systems using LTE technologies. We addressed this problem with four different solutions based on Non-cooperative game theory, three algorithms are devoted to RB selection in order to manage the interference, while the last one is a power control scheme with power economy and enhanced system performances

Cette thèse porte sur l'optimisation des performances des systèmes de transmission multimédias MIMO-OFDM prenant conjointement en compte les imperfections de l'amplificateur de puissance et les distorsions du canal. Les fluctuations d'amplitude des signaux OFDM, caractérisées par un PAPR élevé, rendent la transmission vulnérable à la non-linéarité de l'amplificateur de puissance. On propose dans un premier temps une méthode permettant d'améliorer les performances de la méthode Tone Reservation en termes de gain de réduction du PAPR et de rapidité de convergence, en associant les échantillons de l'Intervalle de Garde aux Sous-Porteuses Nulles. Les simulations en présence d'un amplificateur de puissance à effets mémoire et d'un canal radio basé sur un modèle de propagation réaliste montrent que la méthode proposée offre de bonnes performances tout en respectant les spécifications fréquentielles, dans le cadre du standard IEEE 802.11a. Dans un second temps, on propose d'étudier l'impact de la non-linéarité dans un système MIMO-OFDM précodé dédié à la transmission d'images JPWL, respectant la norme IEEE 802.11n. On montre que la non-linéarité affecte la robustesse de transmission contre les erreurs de transmission et dégrade considérablement la qualité visuelle des images reçues. Enfin, on propose une stratégie de précodage originale prenant conjointement en compte l'amplificateur de puissance, le canal de transmission et le contenu de l'image à transmettre. Cette stratégie alloue successivement la puissance sur les sous-canaux SISO issus de la décomposition du canal MIMO afin de maximiser la qualité visuelle des images reçues tout en réduisant la puissance totale d'émission. Les résultats de simulation montrent que cette nouvelle stratégie qui considère un amplificateur et un canal réalistes, permet de garantir la robustesse de transmission et d'améliorer la qualité visuelle des images reçues. / This thesis focuses on the optimization of multimedia transmissions in MIMO-OFDM systems by jointly taking into account the power amplifier non-linearity and the wireless channel distortions. The OFDM modulation generates a high peak fluctuation, measured by the PAPR, which is affected by the RF non-linearity such as the power amplifier, reducing the transmission quality. We first propose a new method to improve the Tone Reservation method performances in terms of PAPR reduction gain and convergence speed, by including the samples of the Guard Interval Signal in the optimization algorithm. Simulations results using a power amplifier model with memory effects and a radio channel based on a realistic propagation model show that the new method offers the better performances, while respecting the IEEE 802.11a spectrum mask. Secondly, we propose to study the impact of power amplifier nonlinearity on the transmission of scalable image contents over a precoded Closed-Loop MIMO-OFDM system. The simulations in a realistic context, under the standard IEEE 802.11n standard show that the RF non-linearity affects the robustness against transmission errors and highly degrades the visual quality of the received JPWL images. Finally, we propose a new precoding strategy which jointly takes into account the power amplifier, the radio channel and the image content to be transmitted. This strategy successively allocates power between the SISO sub-channels obtained from the MIMO channel decomposition in order to maximize the visual quality of the received images, while reducing the total output power. Simulations with a realistic power amplifier model, associated with a realistic channel model show that this new strategy ensures a robust transmission and improves the visual quality of the received images.

The work explores ways to generate the OFDM signal and LDPC channel coding methods. Describes the creation of basic modules of the communication system in Matlab and simulation methods for atmospheric transmission environment, including effects of turbulence, attenuation along the route and weather conditions on the transmitted signal.

La Radio Cognitive (CR) est une technique prometteuse pour assurer une utilisation efficace du spectre. Elle permet à un utilisateur non licencié appelé utilisateur secondaire (SU) de coexister avec un utilisateur agréé appelé utilisateur primaire (PU) sans dégrader les performances du dernier. Dans un système de CR, le SU a la capacité de s'adapter à son environnement afin de détecter des trous de fréquences possibles dans le spectre et transmettre dans ces trous sous certaines contraintes de manière à augmenter le débit total. Par ailleurs, l'allocation des ressources dans les systèmes CR forme l'un des scénarios étudiés les plus courantes en particulier pour des transmissions à porteuses multiples.Dans cette thèse, nous étudions le problème d'allocation des ressources pour un système CR à multi-utilisateur pour une transmission de liaison montante. On considère le scénario underlay où le SU est autorisé à coexister avec le PU à condition que l'interférence causé au PU soit inférieure à un seuil prédéfini. Nous appliquons deux techniques de décodage, l'annulation successive d'interférence (SIC) et le codage à superposition (SC), au SU afin de maximiser le débit secondaire.Dans une première étape, le scénario mono-utilisateur est étudié, en supposant que les informations d'état de canal sont connues parfaitement au SU. Nous évaluons la performance du système en proposant un algorithme de décodage adaptatif où le SU peut soit traiter l'interférence venant du primaire comme du bruit, ou bien appliquer le SIC ou SC. Nous étudions le problème d'allocation de puissance en tenant compte du budget de puissance et des contraintes de seuil d'interférence. Une solution générale pour le problème d'optimisation est proposé. L'analyse des simulations et les résultats théoriques montrent que l'algorithme proposé assure une augmentation sur le débit total du système.Ensuite, le scénario multi-utilisateurs secondaires est étudié, où plusieurs utilisateurs sont autorisés à exister dans la cellule secondaire. Les problème d'allocation de puissance et de sous-porteuses sont détaillés dans le but de maximiser le débit. Nous mettons en évidence les avantages de l'algorithme adaptatif dans le cas multi-utilisateur, qui comprend trois phases. La première étape comprend la sélection adaptative de la stratégie de décodage au niveau du récepteur secondaire. La deuxième étape décrit l'attribution de sous-porteuses parmi les différents utilisateurs. Enfin, la troisième étape détaille la répartition optimale du budget de puissance disponible sur les utilisateurs.Cependant, la connaissance parfaite du canal nécessite des mesures de canal parfait au niveau du récepteur et un lien de rétroaction parfaite pour envoyer ces informations à l'émetteur, ce qui peut être impossible à mettre en œuvre. Ainsi, nous étudions aussi le scénario mono-utilisateur en supposant que juste la connaissance statistique des gains de canaux primaires est disponible au SU. Nous détaillons les expressions analytiques pour les probabilités de panne et nous résolvons le problème d'optimisation non-convexe en utilisant un algorithme d'approximation séquentielle. Les simulations montrent que l'algorithme proposé est efficace et robuste.Enfin, nous proposons un nouveau modèle de système où le récepteur secondaire peut agir comme un nœud de relayage Full-Duplex (FD) afin de maximiser le débit primaire. Le scénario proposé est d'abord étudié pour un schéma de modulation à mono-porteuse dans les cas Amplify-and-Forward (AF) et Decode-and-Forward (DF). Les contraintes pour appliquer le SIC et pour le relayage sont déterminés et les nouveaux débits réalisables sont spécifiés de telle sorte que le nœud de relayage relaie si le nouveau débit atteignable est meilleur que celui obtenu sans relayage. En outre, le scénario FD avec DF est étudié avec la modulation multi-porteuse et les performances de ce modèle sont évaluées. Une amélioration importante sur le débit primaire est affiché. / Cognitive Radio (CR) is a promising technique for efficient spectrum utilization. The CR technology permits an unlicensed user called Secondary User (SU) to coexist with the licensed user called Primary User (PU) without degrading his performance. In a CR system, the SU has the ability to sense and adapt to his environment in order to detect possible frequency holes in the wireless spectrum and transmit in it under some constraints so as to increase the total data rate. Besides, resource allocation in CR systems is one of the most common studied scenarios especially for multi-carrier transmissions, with the aim to maximize the system throughput.In this thesis, we investigate the resource allocation problem for an uplink multi-user underlay CR system where the SU is allowed to coexist with the PU provided that the interference caused to the PU is below a predefined threshold. We apply two decoding techniques, Successive Interference Cancellation (SIC) and Superposition Coding (SC), at the SU in order to maximize the secondary rate. In a first step, the single-user scenario is studied, assuming perfect channel state information (CSI) at the SU. We evaluate the performance of the system by proposing an adaptive decoding algorithm where the SU can either treat the interference as noise or perform SIC or SC. We investigate the power allocation problem taking into account the power budget and the interference threshold constraints. A general solution for the power optimization problem in an uplink underlay CR system is proposed. Both theoretical analysis and simulation results show that the proposed algorithm achieves higher sum rate than classical algorithms, providing high-enough data rates for the secondary system at the expense of a very low degradation of the primary system's rate.Then, the secondary multi-user scenario is investigated, where multiple users are allowed to exist in the secondary cell. Power and subcarrier allocation problems are detailed in order to maximize the secondary rate. We highlight the benefits of the proposed multi-user adaptive algorithm which encompasses three phases. The first step includes the adaptive selection of the decoding strategy at the secondary receiver. The second step describes the subcarrier allocation among the different users. Finally, the third step details the optimal distribution of the available power budget on the users.However, perfect channel knowledge requires perfect channel measurements at the receiver and a perfect feedback link to send this channel information to the transmitter, which may be impractical to implement. Thus, we also study the single-user scenario assuming that only statistical CSI of channel gains between the primary transmitter and both primary and secondary receivers is available at the SU. We detail the analytical expressions for the outage probabilities and then we solve the non-convex optimization problem using a sequential approximation algorithm. simulations show that the proposed algorithm is efficient and robust with statistical CSI. This work can be easily extended to the multi-user case.Finally, we propose a new system model where the secondary receiver acts as a Full-Duplex (FD) relay node in order to maximize the primary rate and thus the total system rate. The proposed scenario is first studied for single-carrier modulation scheme for both Amplify-and-Forward (AF) and Decode-and-Forward (DF) relaying protocols. The constraints to apply SIC and to relay are determined and the new achievable rates are specified such that the relay node relays whenever the new achievable rate is better than the one achieved without relying. Furthermore, the performance of the DF relaying scheme in the FD mode is evaluated for multi-carrier modulation. The performance of the proposed system model is evaluated via simulations and an important improvement of the primary achievable rate and thus of the total system rate is shown.

Aujourd’hui, les systèmes MSPSR (Multi-Static Primary Surveillance Radar) passifs se sont installés de manière durable dans le paysage de la surveillance aérienne [1]. L’intérêt que suscitent ces nouveaux systèmes provient du fait qu’en comparaison aux radars mono-statiques utilisés actuellement, les systèmes MSPSR reposent sur une distribution spatiale d’émetteurs et de récepteurs offrant des avantages en termes de fiabilité (redondance), de coûts (absence de joints tournants et émetteurs moins puissants) et de performances (diversité spatiale). Toutefois, le défaut majeur du MSPSR passif réside en l’absence de formes d’ondes dédiées due à l’exploitation d’émetteurs d’opportunités tels que les émetteurs de radio FM (Frequency Modulation) et/ou de DVB-T (Digital Video Broadcasting-Terrestrial) [2]. Afin de pallier à ce défaut, il est envisagé d’utiliser des émetteurs dédiés permettant l’emploi de formes d’ondes optimisées pour une application radar, on parle alors de MSPSR actif. Cette thèse se place dans ce cadre et a pour objectif d’étudier et de définir la ou les formes d’ondes ainsi que les traitements associés permettant d’atteindre de meilleurs performances : une meilleure flexibilité sur la disposition du système (positionnement des émetteurs libres), une continuité de service (non dépendance d’un système tiers) et de meilleurs performances radars (e.g. en terme de précision des mesures, détections, …). Dans ce but, cette thèse étudie : - Les critères de sélection des codes : comportement des fonctions d’ambiguïtés, PAPR (Peak to Average Power Ratio), efficacité spectrale, etc... ; - Les formes d’ondes utilisées en télécommunication (scrambling code, OFDM) afin d’identifier leur possible réemploi pour une application radar ; - L’utilisation d’algorithmes cycliques pour générer des familles de séquences adaptées à notre problème ; - Une approche basée sur une descente de gradient afin de générer des familles de codes de manière plus efficiente ; - Et l’évaluation des performances de ces différents algorithmes à travers l’établissement d’une borne supérieure sur le niveau maximum des lobes secondaires et à travers le dépouillement des données enregistrées suite à des campagnes d’essais / Nowadays, MSPSR (Multi-Static Primary Surveillance Radar) systems are sustainably settled in air surveillance program [1]. Compared to mono-static radar currently in use, an MSPSR system is based on a sparse network of transmitters (Tx) and receivers (Rx) interconnected to a Central Unit and offers advantages in terms of reliability, cost and performance.Two kinds of MSPSR systems exist: the Passive form and the Active one. While the Passive MSPSR uses transmitters of opportunity such as radio Frequency Modulation (FM) transmitters and/or Digital Video Broadcasting-Terrestrial (DVB-T) transmitters [2], the Active MSPSR uses dedicated transmitters, which emit a waveform that is controlled and designed for a radar application. Each receiver processes the signal coming from all transmitters and reflected on the targets; and the Central Unit restores the target location by intersecting “ellipsoids” from all (transmitter, receiver) pairs. Compared to passive MSPSR, the main advantages of the active MSPSR are the use of dedicated waveforms that allow reaching better performances (like a better association of the transmitters’ contributions at the receiver level); more flexibility in the deployment of transmitters and receivers station (in order to meet the requirements in localisation accuracy and in horizontal and altitude coverages); and the guarantee of having a service continuity. On this purpose, this thesis analyses the differents codes criteria such as the ambiguity function behaviour, the PAPR (Peak to Average Power Ratio), the spectrum efficiency, etc... . Then, in order to find dedicated waveforms for MSPSR systems, one solution is to find easily-constructed families of sequences. Thus building on the works carried out by the Telecommunication field for solving multi-user issues, this document investigates the application of spreading codes and OFDM signals in MSPSR concept. Besides, another solution is to directly generate a set of sequences. Based on cyclic algorithms in [3] we derive a new algorithm that allows to optimize sets of sequences. Similarly, using a gradient descent approach, we develop a more efficient algorithm than the cyclic one. Finally, in order to evaluate the performances of the different algorithms, this thesis generalizes the Levenshtein Bound, establishes new lower bounds on the PSLR (Peak Sidelobe Level Ratio) in mismatched filter case, and studies real data recorded during some trials