Cette thèse est consacrée à l'étude théorique et à la conception pratique de schémas de codage conjoint réseau/canal adaptés à différents scénarii de communications dans les réseaux sans fil. Contrairement aux hypothèses conventionnelles retenues dans la littérature (accès multiple orthogonal, absence d'erreurs sur certains liens), les caractéristiques de diffusion et de superposition des signaux propres au canal radio et la présence d'évanouissements lents et de bruit sur tous les liens sont prises en compte dans la formulation du problème et exploitées. Différentes stratégies de coopération au niveau du ou des relais sont examinées et comparées. Le point commun entre toutes ces stratégies est que le système doit fonctionner même en absence de coopération. Seuls le ou les relais et la destination sont informés d'une coopération. Ni les sources, ni le ou les relais ne connaissent l'état du canal à l'émission.
Le premier volet de la thèse porte sur le canal à accès multiple avec relais unique (slow fading MARC). Le problème du codage et décodage conjoint canal/réseau (JNCC/JNCD) est étudié sur un plan théorique et pratique. Différentes hypothèses au niveau de l'accès multiple (semi-orthogonal et non-orthogonal) et différents modes de fonctionnement du relais (half-duplex et full-duplex) sont envisagés. Une nouvelle stratégie de coopération adaptative (SDF pour selective decode and forward) est définie dans laquelle le relais calcule et retransmet une fonction déterministe des messages de sources qu'il a pu décoder sans erreur. Le ré-encodage, défini sur un corps fini (corps binaire), est également conçu de manière à assurer que la performance finale au niveau de la destination atteint bien un ordre de diversité 2.
Le modèle de canal MARC est par la suite étendu à plusieurs relais (slow fading MAMRC). Une analyse théorique est conduite et des nouveaux schémas JNCC/JNCD permettant de s'approcher des limites théoriques sont décrits. Afin d'assurer la diversité pleine, nous proposons de combiner un codage canal binaire et un codage réseau non-binaire.
Pour les deux types de canaux, nous montrons que l'interférence naturellement induite par la diffusion des signaux dans un environnement sans fil, n'est pas un inconvénient mais bien un avantage dès lors qu'on est en mesure de la traiter via des techniques de codage et de décodage sophistiquées (turbo codes et leur décodage, turbo détection). Les gains en termes de capacité (rapportée à une certaine probabilité de coupure) obtenus avec un accès multiple semi-orthogonal ou non-orthogonal sont substantiels comparés à un accès multiple orthogonal (référence).
Dans la dernière partie de la thèse, la stratégie de coopération SDF est comparée à deux autres stratégies de coopération s'appuyant sur un procédé de décodage-et-retransmission "souple" (sans prise de décisions intermédiaires) : l'une basée sur les rapports logarithmiques de probabilité a posteriori sur les bits codés et l'autre basée sur l'estimation de l'erreur quadratique moyenne (MSE). Nous vérifions que la stratégie de coopération SDF fonctionne bien dans la plupart des configurations, les stratégies de coopération souples n'améliorant légèrement les performances que dans certains cas extrêmes.

Le codage réseau est apparu comme une technique alternative au routage au niveau de la couche réseau permettant d'améliorer le débit et d'optimiser l'utilisation de la capacité du réseau. Récemment, le codage réseau a été appliqué au niveau de la couche physique des réseaux sans-fil pour profiter de la superposition naturelle des signaux effectuée par le lien radio. Le codage réseau peut être vue comme un traitement interne du réseau pour lequel différentes techniques de relayage peuvent être utilisées. Cette thèse étudie un ensemble de traitements ayant des compromis variés en terme de performance et complexité. Nous considérons le canal bidirectionnel à relais, un modèle de canal de communication typique dans les réseaux coopératifs, où deux terminaux s'échangent mutuellement des messages par l'intermédiaire d'un relais. La communication se déroule en deux phases, une phase à accès multiple et une phase de broadcast. Pour ce scénario, nous analysons, dans une première partie, une stratégie de "decode-and-forward". Nous considérons, pour cette étude, des alphabets de taille finie et nous calculons les probabilités moyennes d'erreur de bout-en-bout en se basant sur la métrique d'exposant d'erreur du codage aléatoire. Puis, nous dérivons les régions des débits atteignables par rapport à une probabilité d'erreur maximale tolérable au niveau de chaque nœud. Dans une deuxième partie de la thèse, nous proposons deux schémas de codage réseau pratiques, avec complexité réduite, qui se basent sur la stratégie de relayage "compress-and-forward" (CF). Le premier schéma utilise un codage en réseau de points imbriqués (nested lattices). Le deuxième schéma est une version améliorée qui permet d'atteindre des débits de données supérieurs pour l'utilisateur qui a les meilleures conditions canal. Nous construisons les régions des débits atteignables par les deux schémas proposés tout en optimisant la répartition du temps alloué à chacune des deux phases de transmission. Après l'étude du régime asymptotique, nous analysons le schéma de codage CF avec des réseaux de points de dimension finie. Nous nous concentrons sur le problème de la transmission analogique où la distorsion est optimisée. Enfin, nous étudions l'application d'un schéma de codage, basé sur la stratégie CF avec des réseaux de points imbriqués, pour le canal bidirectionnel à canaux parallèles. Ainsi, nous présentons deux régions de débits atteignables selon la technique de traitement, conjoint ou séparé, des sous-canaux par le relais.

Après l'obtention de mon doctorat (2005), mes travaux ont porté initialement sur deux des axes de recherche de la thèse, notamment sur le codage vidéo scalable et sur le codage d'images par ondelettes adaptées à la forme (OAF). J'ai en particulier étudié la mise en place d'un codeur vidéo scalable basé sur la transformée en ondelettes par schémas lifting compensés en mouvement et allocation optimale des ressources de codage. En suite j'ai abordé le problème du critère optimal pour l'estimation de mouvement pour ce type de codeur : des meilleures performances débit-distorsion peuvent être atteintes au prix d'une augmentation de la complexité de l'estimation de mouvement. Par rapport au codage d'images par OAF, j'ai travaillé sur les conditions qui permettent à cette approche d'être compétitif avec les méthodes traditionnelles, et ensuite sur l'utilisation conjointe de la transformée en OAF avec la quantification vectorielle arborescente et avec la transformée de Karhunen-Loéve par classes pour la compression d'images multi-spectrales. J'ai aussi considéré la relation entre distorsion sur les coefficients et distorsion perceptuelle ou non-perceptuelle sur l'image résultante. Ensuite j'ai travaillé sur l'amélioration d'un codeur vidéo standard par une représentation efficace du mouvement : un premier travail, visant une très bonne précision, a abouti à une nouvelle méthode de codage sans pertes basée sur l'information mutuelle ; une deuxième approche utilise la quantification des vecteurs de mouvement, permettant de réduire le débit pour la même qualité. J'ai ensuite travaillé sur le codage vidéo distribué (CVD). Dans le contexte du CVD, la corrélation entre deux images consécutives (ou entre deux vues voisines dans le cas de vidéo multi-vues) est exploité uniquement au décodeur, tandis que les deux images sont codées séparément. Il est alors fondamental que le décodeur soit capable de construire une bonne estimation de l'image manquante : dans ce cas le codeur devra envoyer seulement quelques bits de parité d'un code à correction d'erreurs pour améliorer l'estimation jusqu'à avoir une qualité acceptable. Dans ce cadre, mes travaux ont visé surtout à améliorer l'estimation de l'image manquante, par une description précise du mouvement : un premier axe est basé sur la représentation dense des champs de vecteurs de mouvement ; un deuxième sur la modélisation des trajectoires des objets ; les méthodes basées sur les hash, de raffinement successif et de fusion du mouvement global avec le mouvement local ont également donné des bons résultats. Ces techniques d'estimation peuvent être utilisées dans le cadre du codage par descriptions multiples : les images paires et impaires d'une séquence vidéo sont codées dans deux flux séparés avec un codeur standard, et le décodeur peut reproduire le taux original d'images par seconde même s'il reçoit un seul flux : les techniques de CVD permettent de reconstruire l'image manquante. Le CVD permet également de gérer efficacement le compromis entre degré d'interactivité, occupation d'espace de stockage et besoins de bande passante lors du streaming interactif de vidéos multi-vues. Le CVD de la vidéo 3D comporte des problématiques liées au codage des cartes de profondeur à la détection et la gestion des occlusions, et à la fusion des estimations temporelles et inter-vues. Finalement je me suis aussi occupé de la relation entre qualité de l'estimation de l'image manquante et le débit de codage total associé. Même en dehors du cadre du CVD, la compression vidéo 3D, ou plus précisément, de la vidéo multi-vues (VMV) et de la vidéo multi-vues avec profondeur (MVP) est également un domaine majeur de mon activité de recherche. Je me suis intéressé aux méthodes d'estimation dense de disparité, au codage de cartes de profondeur et au codage par Don't Care Regions (DCR) c'est à dire, en considérant les erreurs sur l'image synthétisé avec la carte de profondeur plutôt que la carte de profondeur elle-même. Le dernier domaine de recherche concerne la distribution de la vidéo sur réseau. Dans le cas de réseau filaire, j'ai travaillé sur une approche network-aware pour la distribution coopérative de vidéo. Dans le cas de réseau sans fils, je me suis intéressé à un protocole cross-layer qui minimise le nombre de message échangé, tout en garantissant à tous les nœuds la réception de la vidéo. Ce protocole a ensuite été amélioré pour prendre en compte les compromis entre distorsion et congestion sur le réseau. Ce protocole peut être utilisé conjointement au codage réseau pour maximiser le throughput du réseau et pour améliorer la robustesse de la communication. Les techniques de codage réseau peuvent également être utilisées avec le codage à descriptions multiples pour ultérieurement améliorer la robustesse, et avec le codage de la vidéo multi-vues pour optimiser (en sens débit-distorsion) la planification d'envoi des paquets vidéo.

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.

Dans les réseaux traditionnels, la transmission de flux de données s'effectuaient par routage des paquets de la source vers le ou les destinataires. Le codage réseau (NC) permet aux nœuds intermédiaires du réseau d'effectuer des combinaisons linéaires des paquets de données qui arrivent à leurs liens entrants. Les opérations de codage ont lieu dans un corps de Galois de taille finie q. Aux destinataires, le décodage se fait par une élimination de Gauss des paquets codés-réseau reçus. Cependant, dans les réseaux sans fils, le codage réseau doit souvent faire face à des erreurs de transmission causées par le bruit, les effacements, et les interférences. Ceci est particulièrement problématique pour les applications temps réel, telle la transmission de contenus multimédia, où les contraintes en termes de délais d'acheminement peuvent aboutir à la réception d'un nombre insuffisant de paquets, et par conséquent à des difficultés à décoder les paquets transmis. Dans le meilleurs des cas, certains paquets arrivent à être décodés. Dans le pire des cas, aucun paquet ne peut être décodé.Dans cette thèse, nous proposons des schémas de codage conjoint source-réseau dont l'objectif est de fournir une reconstruction approximative de la source, dans des situations où un décodage parfait est impossible. L'idée consiste à exploiter la redondance de la source au niveau du décodeur afin d'estimer les paquets émis, même quand certains de ces paquets sont perdus après avoir subi un codage réseau. La redondance peut être soit naturelle, c'est-à-dire déjà existante, ou introduite de manière artificielle.Concernant la redondance artificielle, le codage à descriptions multiples (MDC) est choisi comme moyen d'introduire de la redondance structurée entre les paquets non corrélés. En combinant le codage à descriptions multiples et le codage réseau, nous cherchons à obtenir une qualité de reconstruction qui s'améliore progressivement avec le nombre de paquets codés-réseau reçus.Nous considérons deux approches différentes pour générer les descriptions. La première approche consiste à générer les descriptions par une expansion sur trame appliquée à la source avant la quantification. La reconstruction de données se fait par la résolution d'un problème d' optimisation quadratique mixte. La seconde technique utilise une matrice de transformée dans un corps de Galois donné, afin de générer les descriptions, et le décodage se fait par une simple éliminationde Gauss. Ces schémas sont particulièrement intéressants dans un contexte de transmission de contenus multimédia, comme le streaming vidéo, où la qualité s'améliore avec le nombre de descriptions reçues.Une seconde application de tels schémas consiste en la diffusion de données vers des terminaux mobiles à travers des canaux de transmission dont les conditions sont variables. Dans ce contexte, nous étudions la qualité de décodage obtenue pour chacun des deux schémas de codage proposés, et nous comparons les résultats obtenus avec ceux fournis par un schéma de codage réseau classique.En ce qui concerne la redondance naturelle, un scénario typique est celui d'un réseau de capteurs, où des sources géographiquement distribuées prélèvent des mesures spatialement corrélées. Nous proposons un schéma dont l'objectif est d'exploiter cette redondance spatiale afin de fournir une estimation des échantillons de mesures transmises par la résolution d'un problème d'optimisation quadratique à variables entières. La qualité de reconstruction est comparée à celle obtenue à travers un décodage réseau classique. / While network data transmission was traditionally accomplished via routing, network coding (NC) broke this rule by allowing network nodes to perform linear combinations of the upcoming data packets. Network operations are performed in a specific Galois field of fixed size q. Decoding only involves a Gaussian elimination with the received network-coded packets. However, in practical wireless environments, NC might be susceptible to transmission errors caused by noise, fading, or interference. This drawback is quite problematic for real-time applications, such as multimediacontent delivery, where timing constraints may lead to the reception of an insufficient number of packets and consequently to difficulties in decoding the transmitted sources. At best, some packets can be recovered, while in the worst case, the receiver is unable to recover any of the transmitted packets.In this thesis, we propose joint source-network coding and decoding schemes in the purpose of providing an approximate reconstruction of the source in situations where perfect decoding is not possible. The main motivation comes from the fact that source redundancy can be exploited at the decoder in order to estimate the transmitted packets, even when some of them are missing. The redundancy can be either natural, i.e, already existing, or artificial, i.e, externally introduced.Regarding artificial redundancy, we choose multiple description coding (MDC) as a way of introducing structured correlation among uncorrelated packets. By combining MDC and NC, we aim to ensure a reconstruction quality that improves gradually with the number of received network-coded packets. We consider two different approaches for generating descriptions. The first technique consists in generating multiple descriptions via a real-valued frame expansion applied at the source before quantization. Data recovery is then achieved via the solution of a mixed integerlinear problem. The second technique uses a correlating transform in some Galois field in order to generate descriptions, and decoding involves a simple Gaussian elimination. Such schemes are particularly interesting for multimedia contents delivery, such as video streaming, where quality increases with the number of received descriptions.Another application of such schemes would be multicasting or broadcasting data towards mobile terminals experiencing different channel conditions. The channel is modeled as a binary symmetric channel (BSC) and we study the effect on the decoding quality for both proposed schemes. Performance comparison with a traditional NC scheme is also provided.Concerning natural redundancy, a typical scenario would be a wireless sensor network, where geographically distributed sources capture spatially correlated measures. We propose a scheme that aims at exploiting this spatial redundancy, and provide an estimation of the transmitted measurement samples via the solution of an integer quadratic problem. The obtained reconstruction quality is compared with the one provided by a classical NC scheme.

Même si les réseaux de données ont beaucoup évolué au cours des dernières décennies, les paquets sont presque toujours transmis d’un nœud à l’autre comme des blocs de données inaltérables. Cependant, ce paradigme fondamental est aujourd’hui remis en question par des techniques novatrices comme le codage réseau, qui promet des améliorations de performance et de fiabilité si les nœuds sont autorisés à mixer des paquets entre eux. Les réseaux sans fil manquent de fiabilité en raison des obstacles ou interférences que subissent les liens sans fil, et ces problèmes peuvent empirer dans des topologies maillées avec de multiples relais potentiels. Dans ce travail, nous nous concentrons sur l’application du codage réseau intra-flux aux flux unicast dans les réseaux sans fil, avec pour objectif d’améliorer la fiabilité des transferts de données et de discuter des opportunités de déploiement et des performances. Tout d’abord, nous proposons une borne inférieure pour la redondance, puis un algorithme opportuniste distribué, pour adapter le codage aux conditions du réseau et permettre la livraison fiable des données dans un réseau sans fil maillé, tout en prenant en compte les besoins de l’application. En outre, puisque les opérations requises pour le codage réseau sont coûteuses en termes de calcul et de mémoire, nous étendons cet algorithme pour s’adapter aux contraintes physiques de chaque nœud. Ensuite, nous étudions les interactions du codage intra-flux avec TCP et son extension MPTCP. Le codage réseau peut en effet améliorer les performances de TCP, qui ont tendance à être plus faibles sur les liens sans fil, moins fiables. Nous observons l’impact des problèmes d’équité qui se posent quand des flux codés fonctionnent en parallèle avec des flux traditionnels non codés. Pour finir, nous explorons deux manières différentes d’améliorer les performances de MPTCP dans les environnements sans fil : le faire fonctionner sur du codage réseau, et implémenter directement le codage directement dans le protocole MPTCP tout en préservant sa compatibilité avec TCP / Even if packet networks have significantly evolved in the last decades, packets are still transmitted from one hop to the next as unalterable pieces of data. Yet this fundamental paradigm has recently been challenged by new techniques like network coding, which promises network performance and reliability enhancements provided nodes can mix packets together. Wireless networks rely on various network technologies such as WiFi and LTE. They can however be unreliable due to obstacles, interferences, and these issues are worsened in wireless mesh network topologies with potential network relays. In this work, we focus on the application of intra-flow network coding to unicast flows in wireless networks. The main objective is to enhance reliability of data transfers over wireless links, and discuss deployment opportunities and performance. First, we propose a redundancy lower bound and a distributed opportunistic algorithm, to adapt coding to network conditions and allow reliable data delivery in a wireless mesh. We believe that application requirements have also to be taken into account. Since network coding operations introduce a non negligible cost in terms of processing and memory resources, we extend the algorithm to consider the physical constraints of each node. Then, we study the interactions of intra-flow coding with TCP and its extension MPTCP. Network coding can indeed enhance the performances of TCP, which tends to perform poorly over lossy wireless links. We investigate the pratical impact of fairness issues created when running coded TCP flows besides legacy non-coded TCP flows. Finally, we explore two different ways to enhance the performance of MPCTP in wireless environments : running it over network coding, and implementing the coding process directly in MPTCP while keeping it fully TCP-compatible.

Cette thèse est consacrée à l'étude théorique et à la conception pratique de schémas de codage conjoint réseau/canal adaptés à différents scénarii de communications dans les réseaux sans fil. Contrairement aux hypothèses conventionnelles retenues dans la littérature (accès multiple orthogonal, absence d'erreurs sur certains liens), les caractéristiques de diffusion et de superposition des signaux propres au canal radio et la présence d'évanouissements lents et de bruit sur tous les liens sont prises en compte dans la formulation du problème et exploitées. Différentes stratégies de coopération au niveau du ou des relais sont examinées et comparées. Le point commun entre toutes ces stratégies est que le système doit fonctionner même en absence de coopération. Seuls le ou les relais et la destination sont informés d'une coopération. Ni les sources, ni le ou les relais ne connaissent l'état du canal à l'émission.
Le premier volet de la thèse porte sur le canal à accès multiple avec relais unique (slow fading MARC). Le problème du codage et décodage conjoint canal/réseau (JNCC/JNCD) est étudié sur un plan théorique et pratique. Différentes hypothèses au niveau de l'accès multiple (semi-orthogonal et non-orthogonal) et différents modes de fonctionnement du relais (half-duplex et full-duplex) sont envisagés. Une nouvelle stratégie de coopération adaptative (SDF pour selective decode and forward) est définie dans laquelle le relais calcule et retransmet une fonction déterministe des messages de sources qu'il a pu décoder sans erreur. Le ré-encodage, défini sur un corps fini (corps binaire), est également conçu de manière à assurer que la performance finale au niveau de la destination atteint bien un ordre de diversité 2.
Le modèle de canal MARC est par la suite étendu à plusieurs relais (slow fading MAMRC). Une analyse théorique est conduite et des nouveaux schémas JNCC/JNCD permettant de s'approcher des limites théoriques sont décrits. Afin d'assurer la diversité pleine, nous proposons de combiner un codage canal binaire et un codage réseau non-binaire.
Pour les deux types de canaux, nous montrons que l'interférence naturellement induite par la diffusion des signaux dans un environnement sans fil, n'est pas un inconvénient mais bien un avantage dès lors qu'on est en mesure de la traiter via des techniques de codage et de décodage sophistiquées (turbo codes et leur décodage, turbo détection). Les gains en termes de capacité (rapportée à une certaine probabilité de coupure) obtenus avec un accès multiple semi-orthogonal ou non-orthogonal sont substantiels comparés à un accès multiple orthogonal (référence).
Dans la dernière partie de la thèse, la stratégie de coopération SDF est comparée à deux autres stratégies de coopération s'appuyant sur un procédé de décodage-et-retransmission "souple" (sans prise de décisions intermédiaires) : l'une basée sur les rapports logarithmiques de probabilité a posteriori sur les bits codés et l'autre basée sur l'estimation de l'erreur quadratique moyenne (MSE). Nous vérifions que la stratégie de coopération SDF fonctionne bien dans la plupart des configurations, les stratégies de coopération souples n'améliorant légèrement les performances que dans certains cas extrêmes. / With the rapid growth of wireless technologies, devices and mobile applications, the quest of high throughput and ubiquitous connectivity in wireless communications increases rapidly as well. Relaying is undoubtedly a key concept to provide coverage extension and capacity increase in wireless networks. Network coding, which allows the intermediate nodes to share their computation capabilities in addition to their resource and their power, has grabbed a significant research attention since its inception in information theory. It has become an attractive candidate to bring promising performance improvement, especially in terms of throughput, in relay-based cellular networks. Substantial research efforts are currently focused on theoretical analysis, implementation and evaluation of network coding from a physical layer perspective. The question is, what is the most efficient and practical way to use network coding in wireless relay-based networks, and whether it is beneficial to exploit the broadcast and multiple-access properties of the wireless medium to perform network coding. It is in such a context, that this thesis proceeds. In the first part of the thesis, the problem of Joint Network-Channel Coding (JNCC) for a Multiple Access Relay Channel (MARC) is investigated in the presence of multiple access interferences and for both of the relay operating modes, namely, half-duplex and full-duplex. To this end, three new classes of MARC, referred to as Half-Duplex Semi-Orthogonal MARC (HD-SOMARC), Half-Duplex Non-Orthogonal MARC (HD-NOMARC), and Full-Duplex Non-Orthogonal MARC (FD-NOMARC) have been introduced and studied. The relaying function in all of the classes is based on a Selective Decode-and-Forward (SDF) strategy, which is individually implemented for each source, i.e, the relay forwards only a deterministic function of the error-free decoded messages. For each class, an information-theoretic analysis is conducted, and practical coding and decoding techniques are proposed. The proposed coding schemes, perform very close to the outage limit for both cases of HD-SOMARC and HD-NOMARC. Besides, in the case of HD-NOMARC, the optimal allocation of the transmission time to the relay is considered. It is also verified that exploiting multiple access interferences, either partially or totally, results in considerable gains for MARC compared to the existing interference-avoiding structures, even in the case of single receive antenna. In the second part of the thesis, the network model is extended by considering multiple relays which help multiple sources to communicate with a destination. A new class of Multiple Access Multiple Relay Channel (MAMRC), referred to as Half-Duplex Semi-Orthogonal MAMRC (HD-SOMAMRC) is then proposed and analyzed from both information theoretic and code design perspective. New practical JNCC schemes are proposed, in which binary channel coding and non binary network coding are combined, and they are shown to perform very close to the outage limit. Moreover, the optimal allocation of the transmission time to the sources and relays is considered. Finally, in the third part of the thesis, different ways of implementing cooperation, including practical relaying protocols are investigated for the half-duplex MARC with semi-orthogonal transmission protocol and in the case of JNCC. The hard SDF approach is compared with two Soft Decode and Forward (SoDF) relaying functions: one based on log a posterior probability ratios (LAPPRs) and the other based on Mean Square Error (MSE) estimate. It is then shown that SDF works well in most of the configurations and just in some extreme cases, soft relaying functions (based on LAPPR or MSE estimate) can slightly outperform the hard selective one.