Les systèmes de communication sans fil actuels évoluent vers un renforcement des réactivités des protocles de la gestion des ressources radio (RRM) et adaptation du lien radipe (FLA) afin d'optimiser conjointement les couches MAC et PHY. En parallèle, la technologie d'antenne multiples et turbo récepteurs avancés ont un grand potentiel pour augmenter l’efficacité spectrale dans les futurs systèmes de communication sans fil. Ces deux tendances, à savoir, l'optimisation inter couche et le traitement de turbo, nécessitent le développement de nouvelles abstractions de la couche PHY (aussi appelée méthode de prédiction de la performance) qui peuvent capturer les performances du récepteur itératif par itération pour permettre l'introduction en douceur de ces récepteurs avancés dans FLA et RRM.La thèse de doctorat revisite en détail l'architecture du turbo récepteur, plus particulièrement, la classe d'algorithme itératif effectuant la détection linéaire par minimisation d’erreur quadratique moyenne avec l'annulation d’interférence (LMMSE-IC). Ensuite, une méthode semi-analytique de prédiction de la performance est proposée pour analyser son l'évolution par la modélisation stochastique de chacun des composants. Intrinsèquement, la méthode de prédiction de la performance est subordonnée à la disposition de connaissance d’information d’état du canal au niveau du récepteur (CSIR), le type de codage de canal (code convolutif ou un code turbo), le nombre de mots de code ainsi que le type d’information probabilistic sur les bits codés réinjectée par le décodeur pour la reconstruction et l'annulation d'interférence à l'intérieur d’algorithme de LMMSE -IC itératif.Dans la deuxième partie, l’adaptation du lien en boucle fermée dans les systèmes MIMO codés basés sur les abstractions de la couche PHY proposées pour les récepteurs LMMSE -IC itératifs ont été abordés. Le schéma proposé d'adaptation de liaison repose sur un faible taux de rétroaction et exploite la sélection du précodeur spatiale (par exemple, la sélection d'antennes) et du schéma de modulation et de codage (MCS) de façon à maximiser le taux moyen soumis à une contrainte de taux d'erreur de bloc. Différents schémas de codage sont testés, tels qu’un codage parcourant tous les antennes où un codage par antenne. Les simulations montrent bien le gain important obtenu avec les turbo récepteurs comparée à celui d’un récepteur MMSE classique. / Current wireless communication systems evolve toward an enhanced reactivity of Radio Resource Management (RRM) and Fast Link Adaptation (FLA) protocols in order to jointly optimize the Media Access Control (MAC) and Physical (PHY) layers. In parallel, multiple antenna technology and advanced turbo receivers have a large potential to increase the spectral efficiency of future wireless communication system. These two trends, namely, cross layer optimization and turbo processing, call for the development of new PHY-layer abstractions (also called performance prediction method) that can capture the iterative receiver performance per iteration to enable the smooth introduction of such advanced receivers within FLA and RRM. The PhD thesis first revisits in detail the architecture of the turbo receiver, more particularly, the class of iterative Linear Minimum Mean-Square Error (soft) Interference Cancellation (LMMSE-IC) algorithms. Then, a semi-analytical performance prediction method is proposed to analyze its evolution through the stochastic modeling of each of the components. Intrinsically, the performance prediction method is conditional on the available Channel State Information at Receiver (CSIR), the type of channel coding (convolutional code or turbo code), the number of codewords and the type of Log Likelihood Ratios (LLR) on coded bits fed back from the decoder for interference reconstruction and cancellation inside the iterative LMMSE-IC algorithms. In the second part, closed-loop FLA in coded MIMO systems based on the proposed PHY-layer abstractions for iterative LMMSE-IC receiver have been tackled. The proposed link adaptation scheme relies on a low rate feedback and operates joint spatial precoder selection (e.g., antenna selection) and Modulation and Coding Scheme (MCS) selection so as to maximize the average rate subject to a target block error rate constraint. The cross antenna coding (the transmitter employs a Space-Time Bit-Interleaved Coded Modulation (STBICM) ) and per antenna coding (Each antenna employs an independent Bit-Interleaved Coded Modulation(BICM)) cases are both considered. The simulations clearly show the significant gain obtained with turbo receivers compared to that of a conventional MMSE receiver.

LTE (Long Term Evolution) a été développé et normalisé par le 3GPP (3rd Generation Partnership Project). C’est un réseau à commutation de paquets. Cela signifie que la voix sur LTE (VoLTE) est un service de VoIP avec les exigences de qualité de service garantis au lieu de transmettre dans un réseau à commutation de circuits tels que les systèmes existants (2G/3G). VoLTE est déployé dans un réseau entièrement IP combinée avec IMS (IP Sous-système Multimédia). De ce fait, le déploiement de VoLTE est assez complexe et comment assurer la qualité de transmission de la voix sur les réseaux LTE est un très grand défi. Ainsi, il faut plusieurs solutions différentes pour renforcer et améliorer la qualité de transmission de la voix sur les réseaux LTE. Dans cette thèse, nous présentons des solutions en vue d’améliorer la qualité de transmission de la voix sur les réseaux LTE pour les services audio à bandes étroites et larges. Pour cela, il nous faudra différents facteurs complets en solutions. L’un d’eux est QoE (Qualité de l’Expérience) qui est une nouvelle tendance. Et afin de déterminer la perception des utilisateurs pour le service en temps réel tel que VoLTE, nous utilisons le E-model étendu et le WB (large bande) E-model pour des services audio à bandes étroites et larges respectivement. Les solutions proposées ici portent principalement sur des éléments clés dans les réseaux LTE, tels que le codage par chaine, MAC (Contrôle d’Accès Moyen) des systèmes de planification et la qualité de voix du moniteur décrits comme suit. Tout d’abord, des algorithmes améliorés pour renforcer le codec de la chaine LTE (codeur et décodeur) ont été proposés. Pour améliorer le codeur de chaine LTE, un algorithme d’adaptation conjointe a été déployé. Le but de cet algorithme est de minimiser la redondance générée par codage en chaine avec une légère réduction de la perception de l’utilisateur. Ensuite, afin d’améliorer le décodeur par chaine LTE, un algorithme amélioré Log-MAP a été présenté. Cet algorithme vise à obtenir la performance BER (Bit Error Rate) qui est le plus proche du Log-MAP avec une complexité de calcul réduite par rapport à l’état de l’art. Deuxièmement, la chaine et les systèmes QoS de planification améliorés de la perception de l’utilisateur et du mode de priorité VoIP ont été proposés. Ces planificateurs sont déployés à la fois pour les utilisateurs d’audio à larges et à étroites bandes. Les résultats numériques montrent qu’ils surpassent plusieurs planificateurs en vedette tels que FLS, M-LWDF et EXP/PF en termes de retard, de taux de perte de paquets, de débit cellulaire, d’indice et de l’équité et d’efficacité spectrale dans presque tous les cas. Enfin, pour assurer la qualité vocale de transmission sur le réseau LTE, la prédiction de la satisfaction des utilisateurs est essentielle. Pour cette raison, nous présentons deux modèles non intrusifs pour mesurer la qualité de la voix sur les réseaux LTE. Ces modèles sont utilisés pour les utilisateurs d’audio à bandes étroites et larges bandes. Les modèles proposés ne se réfèrent pas au signal original. Par conséquent, ils sont très appropriés pour prédire la qualité de l’appel vocal sur les réseaux LTE / LTE (Long Term Evolution) has been developed and standardized by 3GPP (3rd Generation Partnership Project). It is a packet-switched network. This means voice over LTE (VoLTE) is a VoIP service with the guaranteed QoS requirements instead of transmitted in a circuit-switched network such as the legacy system (2G/3G). Since VoLTE is deployed in an All-IP network combined with IMS (IP Multimedia Subsytem), thus, the VoLTE deployment is quite complex and how to ensure voice transmission quality over LTE networks is a very big challenge. Therefore, there needs to be many different solutions to enhance and improve voice transmission quality over LTE networks. In this dissertation, we present solutions to enhance and improve voice transmission quality over LTE networks for both narrowband and wideband audio services. In order to do that, there needs to be many different factors complemented in solutions. One of them is QoE (Quality of Experience) which is a new trend. And in order to determine user perception for real-time service such as VoLTE, we use extended E-model and WB (Wideband) E-model for narrowband and wideband audio services, respectively. The proposed solutions in this thesis mainly focus on key elements in LTE networks such as channel coding, MAC (Medium Access Control) scheduling schemes and monitor voice quality described as follows. First, enhanced/improved algorithms for enhancing LTE channel codec (coder and decoder) have been proposed. In order to enhance LTE channel coder, a joint source-channel code rate adaption algorithm has been deployed. The goal of this algorithm is to minimize redundancy generated by channel coding with a slight reduction of user perception. Next, in order to enhance LTE channel decoder, an improved Log-MAP algorithm has been presented. This algorithm aims at obtaining BER performance that is closest to the LOP-MAP with the computational complexity reduced in comparison with state-of-the-art. Second, channel- and QoS-Aware scheduling schemes with the enhancement of user perception and VoIP priority mode have been proposed. These schedulers are deployed for both narrowband and wideband audio users. The numerical results show that they outperform several featured schedulers such as FLS, M-LWDF, and EXP/PF in terms of delay, packet loss rate, cell throughput, fairness index, and spectral efficiency in almost cases. Last, in order to ensure voice transmission quality over LTE network, prediction of user satisfaction is essential. For this reason, we present two object non-intrusive models for measuring voice quality in LTE networks. These models are used for narrowband and wideband audio users. The proposed models do not refer to the original signal, thus, they are very suitable for predicting voice call quality in LTE networks

La découverte dans les années 90 des Turbo-codes et, plus généralement du principe itératif appliqué au traitement du signal, a révolutionné la manière d'appréhender un système de communications numériques. Cette avancée notable a permis la re-découverte des codes correcteurs d'erreurs inventés par R. Gallager en 1963, appelés codes Low Density Parity Check (LDPC). L'intégration des techniques de codage dites avancées, telles que les Turbo-codes et les codes LDPC, se généralise dans les standards de communications. Dans ce contexte, l'objectif de cette thèse est d'étudier de nouvelles structures de codage de type LDPC associées à des architectures de décodeurs alliant performances et flexibilité.<br />Dans un premier temps, une large présentation des codes LDPC est proposée incluant les notations et les outils algorithmiques indispensables à la compréhension. Cette introduction des codes LDPC souligne l'intérêt qu'il existe à concevoir conjointement le système de codage/décodage et les architectures matérielles. Dans cette optique, une famille de codes LDPC particulièrement intéressante est décrite. En particulier nous proposons des règles de construction de codes pour en contraindre le spectre des distances de Hamming. Ces contraintes sont intégrées dans la définition d'un nouvel algorithme de définition de codes travaillant sur une représentation compressée du code par un graphe.<br />Les propriétés structurelles du code sont ensuite exploitées pour définir l'algorithme de décodage. Cet algorithme, caractérisé par le fait qu'il considère une partie du code comme un code convolutif, converge plus rapidement que les algorithmes habituellement rencontrés tout en permettant une grande flexibilité en termes de rendements de codage. Différentes architectures de décodeurs sont alors décrites et discutées. Des contraintes sur les codes sont ensuite exposées pour exploiter pleinement les propriétés des architectures.<br />Dans un dernier temps, une des architectures proposées est évaluée par l'intégration d'un décodeur sur un composant programmable. Dans différents contextes, des mesures de performances et de complexité montrent l'intérêt de l'architecture proposée.

Ce manuscrit traite de la fiabilisation des CPL-BE dans le contexte smart grid avec l’application des techniques de codage correcteur d’erreurs et d’effacements. Après une introduction sur le concept de smart grid, le canal CPL-BE est caractérisé précisément et les modèles qui le décrivent sont présentés. Les performances des codes à métrique rang, simples ou concaténés avec des codes convolutifs, particulièrement intéressants pour combattre le bruit criss-cross sur les réseaux CPL-BE sont simulées et comparées aux performances des codes Reed-Solomon déjà présents dans plusieurs standards. Les codes fontaines qui s’adaptent à n’importe quelles statistiques d’effacements sur le canal CPL sont utilisés et les performances de schémas coopératifs basés sur ces codes fontaines sur des réseaux linéaires multi-sauts sont étudiés. Enfin des algorithmes permettant de combiner le codage réseau et le codage fontaine pour la topologie particulière des réseaux CPL pour les smart grid sont proposés et évalués. / This PhD dissertation deals with the mitigation of the impact of the Narrowband PowerLine communication (NB-PLC) channel impairments e.g., periodic impulsive noise and narrowband noise, by applying the error/erasure correction coding techniques. After an introduction to the concept of smart grid, the NB-PLC channels are characterized precisely and models that describe these channels are presented. The performance of rank metric codes, simple or concatenated with convolutional codes, that are particularly interesting to combat criss-cross errors on the NB-PLC networks are simulated and compared with Reed- Solomon (already present in several NB-PLC standards) codes performance. Fountain codes that can adapt to any channel erasures statistics are used for the NB-PLC networks and the performance of cooperative schemes based on these fountain codes on linear multi-hop networks are studied. Finally, algorithms to combine the network coding and fountain codes for the particular topology of PLC networks for the smart grid are proposed and evaluated.