L’essor spectaculaire des systèmes de communications sans fil a entrainé une forte augmentation du trafic des données qui ne devrait cesser de croître au cours des prochaines années. La future génération de réseaux cellulaires (5G) doit être capable de supporter cette croissance du trafic, tout en présentant une consommation énergétique réduite par rapport aux réseaux existants. Parmi les différentes technologies étudiées, le retournement temporel (RT) se présente comme un sérieux candidat pour répondre à ces contraintes. En effet, les nombreuses études théoriques sur le sujet ont montré que la combinaison du RT et de l’OFDM possède des performances intéressantes, notamment grâce à ses propriétés de compression temporelle et de focalisation spatiale. Cependant, les hypothèses prises dans les études théoriques ne sont pas toujours compatibles avec la réalisation pratique d’un tel système. L’objectif de ces travaux de thèse est donc de proposer des solutions aux hypothèses non réalistes, afin de les mettre en oeuvre dans la réalisation d’un prototype combinant RT et OFDM dans un contexte MISO. Dans un premier temps, la mise en oeuvre de l’estimation du canal au niveau de l’émetteur et de la synchronisation du système MISO RT-OFDM est étudiée. Ensuite, une solution de calibration au niveau de l’émetteur est proposée pour compenser le caractère non réciproque du canal de propagation vu de la bande de base. L’ensemble de ces solutions ainsi que les propriétés de focalisation du RT sont validés à partir de mesures expérimentales sur le prototype réalisé. Enfin, la mise en oeuvre du premier prototype de modulation spatiale à la réception utilisant le RT est présentée. / The spectacular growth of wireless communications systems has led to a sharp increase in data traffic, which should continue to grow over the next few years. The future generation of cellular networks (5G) must be able to support this growth of traffic, while presenting reduced energy consumption compared to existing networks. Among the different studied technologies, time reversal (TR) is a serious candidate to meet these constraints. Indeed, the numerous theoretical studies on the subject have shown that the combination of TR and OFDM has interesting performance, specifically thanks to its temporal compression and spatial focusing properties. However, the assumptions made in the theoretical studies are not always compatible with the practical implementation of a real system. The objective of this thesis is to propose solutions to unrealistic theoritical hypotheses, in order to implement them in a real hardware prototype combining TR and OFDM in a MISO context. First, the implementation of the channel estimation at the transmitter side, and the synchronization of the MISO TR-OFDM system is studied. Then, a calibration solution at the transmitter is proposed to compensate for the non-reciprocal nature of the baseband propagation channel. All these solutions as well as the focusing properties of TR are validated by experimental measurements using the developed prototype. Finally, the implementation of the first TR prototype of spatial modulation at the receiver side is presented.

Les réseaux radio actuelles utilisent le spectre inefficacement, car une bande de fréquence est allouée de façon permanente à une technologie spécifique. Vu que le spectre est une ressource limitée, cette attribution statique ne pourra bientôt plus combler les besoins des systèmes de transmission qui ne cessent de croître. On peut toutefois optimiser l'utilisation du spectre en permettant des transmissions secondaires (SU) dans les espaces libres du primaire (PU). Cette vision constitue l'objectif principal de la radio cognitive. Nous proposons d'évaluer les stratégies de transmission pour la coexistence des systèmes primaires (PU) et SU dans les mêmes réseaux. Plus concrètement, nous nous focalisons sur un scénario spatial interweave en émettant les signaux SU dans les espaces vides du PU à l'aide d'un précodeur linéaire. Néanmoins, ce précodage nécessite une connaissance a priori des canaux interférents. L'échange d'informations entre le PU et le SU étant proscrit, nous exploitons l'hypothèse de la réciprocité du canal. Cette hypothèse compense l'absence de coopération, mais elle n'est pas si évidente à exploiter en pratique à cause des perturbations des circuits radio fréquence. Nous suggérons de compenser ces perturbations par des méthodes de calibration relative. Nous proposons ensuite une implémentation temps-réel des solutions sur une plateforme LTE. Pour finir, nous généralisons l'approche RC à un système de transmission multi-utilisateurs, à travers une combinaison des techniques RC et massive MIMO, cette approche constitue s'établit comme une solution à la progression exponentielle du trafic.

Les réseaux radio actuelles utilisent le spectre inefficacement, car une bande de fréquence est allouée de façon permanente à une technologie spécifique. Vu que le spectre est une ressource limitée, cette attribution statique ne pourra bientôt plus combler les besoins des systèmes de transmission qui ne cessent de croître. On peut toutefois optimiser l'utilisation du spectre en permettant des transmissions secondaires (SU) dans les espaces libres du primaire (PU). Cette vision constitue l'objectif principal de la radio cognitive. Nous proposons d'évaluer les stratégies de transmission pour la coexistence des systèmes primaires (PU) et SU dans les mêmes réseaux. Plus concrètement, nous nous focalisons sur un scénario spatial interweave en émettant les signaux SU dans les espaces vides du PU à l'aide d'un précodeur linéaire. Néanmoins, ce précodage nécessite une connaissance a priori des canaux interférents. L'échange d'informations entre le PU et le SU étant proscrit, nous exploitons l'hypothèse de la réciprocité du canal. Cette hypothèse compense l'absence de coopération, mais elle n'est pas si évidente à exploiter en pratique à cause des perturbations des circuits radio fréquence. Nous suggérons de compenser ces perturbations par des méthodes de calibration relative. Nous proposons ensuite une implémentation temps-réel des solutions sur une plateforme LTE. Pour finir, nous généralisons l'approche RC à un système de transmission multi-utilisateurs, à travers une combinaison des techniques RC et massive MIMO, cette approche constitue s’établit comme une solution à la progression exponentielle du trafic. / The accelerated evolution of wireless transmission in recent years has dramatically increased the spectrum overcrowding. Indeed, the spectrum is inefficiently used in the conventional networks, since a frequency band is statically allocated to a specific technology called primary (PU). Whereas the radio spectrum is limited, this static frequency allocation will no longer be able to meet the increasing needs of bandwidth. However, the spectrum can be optimally used in enabling secondary (SU) transmissions, provided the latters do not harm the PU. This opportunistic vision of wireless transmissions is the main aim of Cognitive Radio (CR). CR enables smart use of wireless resources and is a key ingredient to perform high spectral efficiency. We focus on a spatial interweave (SIW) CR scenario which exploits the spatial white spaces to enable SU transmissions. The latter forms spatial beams using precoders, so that there is no interference towards the primary. Nevertheless, this precoding requires acquisition of the crosslink channel. However, due to the lack of cooperation between PU and SU, we acquire the channel thanks to channel reciprocity. Furthermore, the practical use of the reciprocity is not as straightforward as in theory, because it is is jeopardized by the nonreciprocal radio frequency front-ends. These perturbations are compensated in our study by relative calibration algorithms. Subsequently, we propose an implementation of our solutions in a real-time LTE platform. Eventually, we extend the CR model to a MU system in suggesting a combination of SIW and massive MIMO techniques. This scheme is an interesting candidate to overcome the exponential traffic growth.