L'objectif de cette thèse est l'étude de l'efficacité énergétique des communications D2D dans les réseaux hétérogènes. Nous proposons dans un premier temps d'analyser la consommation énergétique d'un réseau de trois appareils, puis introduisons une nouvelle topologie prenant en compte l'entropie de données, afin d'augmenter l'efficacité énergétique globale. Par la suite, nous étudions la consommation énergétique et l'influence des interférences sur une cellule dans le cas pratique d'une catastrophe naturelle. Nous introduisons alors un nouveau protocole d'allocation de ressources basé sur le clustering en Fuzzy C-Means. Nous utilisons ensuite des outils et métriques issus de la géométrie stochastique afin d'analyser et de comparer l'efficacité énergétique et spectrale au sein de plusieurs types de réseaux munis de communications D2D. Dans un deuxième temps, nous introduisons les notions d'antennes directionnelles avec des ondes millimétriques. Pour ce faire, nous évaluons l'influence du canal millimétrique et introduisons les concepts de blocage, et de modèles sectorisés d'antennes, à des fins mathématiques. L'utilisation d'ondes millimétriques, et plus particulièrement d'antennes directionnelles ULA, s'avère être un choix totalement opportun dans l'objectif premier de cette thèse qui est d'augmenter à la fois l'efficacité spectrale (donc le débit) et l'efficacité énergétique au sein d'un réseau hétérogène comprenant des communications D2D. / The objective of this thesis is the study of the energy efficiency of D2D communications in heterogeneous networks. We first propose to analyze the energy consumption of a three device, then introduce a new topology taking into account the data entropy, in order to increase the overall energy efficiency. Subsequently, we study the energy consumption and the influence of interference in a cell for the use case of a natural disaster. We then introduce a new resource allocation protocol based on Fuzzy C-Means clustering. We then use tools and metrics from stochastic geometry to analyze and compare energy and spectral efficiency among multiple types of networks comprising D2D communications. The first study is done on a network in which the cellular and WiFi resources are shared. In a second step, we introduce the notions of directional antennas with millimeter waves. To do this, we evaluate the influence of the mmWave channel and introduce the concepts of blocking, and sectored models of antennas, for mathematical purposes. The use of millimeter waves, and more particularly ULA directional antennas, proves to be a totally appropriate choice in the primary objective of this thesis, which is to increase both the spectral efficiency (therefore the bit rate) and the energy efficiency within a heterogeneous network including D2D communications.

La rareté du spectre radio et la demande croissante de bande passante rendent l'optimisation de l'utilisation du spectre essentiel. Tandis qu'une efficacité maximale devrait être atteinte, un niveau minimal d'interférence devrait être maintenu. L’OFDM a été retenu comme un schéma de modulation dans plusieurs normes sans fil. L'estimation de canal est une tâche fondamentale dans les systèmes OFDM et elle devient plus difficile en présence d'interférence. Dans cette thèse, notre objectif est de proposer des algorithmes d'estimation de canal pour les systèmes OFDM en présence d’interférence, où les algorithmes classiques échouent. Tout d'abord, nous considérons l'environnement radio intelligente et nous proposons un nouveau cadre d'estimation de canal pour les canaux à variations rapides contaminés par des interférences bandes étroites (NBI). Cela est accompli avec l'algorithme EM et une expression explicite pour l'estimation de la puissance du bruit est obtenue. Ensuite, nous considérons un nouveau schéma de pilotes superposés (DNSP) qui assure des pilotes sans interférence au détriment d'interférence des donnés. Donc, un récepteur adapté à son design doit être conçu. Nous proposons un annuleur d’interférences (IC) à faible complexité pour les canaux à variations lentes avec DNSP. Cependant, la performance de l'IC proposé n'est fiable que quand l'erreur de l'estimation du canal est faible. Donc, dans une autre contribution, nous proposons un IC pour DNSP en tenant compte des erreurs d'estimation du canal. Enfin l'estimation robuste du canal est considérée comme l’une des perspectives de cette thèse. / The scarcity of the radio spectrum and the increasing demand on bandwidth makes it vital to optimize the spectrum use. While a maximum efficiency should be attained, a minimal interference level should be maintained. OFDM has been selected as the modulation scheme in several wireless standards. Channel estimation is a fundamental task in OFDM and it becomes even more challenging in the presence of interference. In this thesis, our aim is to propose channel estimation algorithms for OFDM systems in the presence of interference, where conventional channel estimators designed for OFDM fail. First, we consider the cognitive radio environment and propose a novel channel estimation framework for fast time-varying channels in OFDM with NBI. This is accomplished through an expectation maximization (EM) based algorithm. This formulation allows us to obtain a closed-form expression for the estimation of the noise power. In this thesis, we are particularly interested in a very recent scheme of superimposed pilots for OFDM (DNSP). DNSP assures interference-free pilots at the expense of data interference. Seen the modernity of DNSP, a suitable receiver has to be designed to cope with its design. We first propose a low-complexity interference canceler (IC) for slow time-varying channels with DNSP. The performance of the proposed IC is guaranteed when the channel estimation error is small. As another contribution, we extend the design of the approximated IC for DNSP so as to take the channel estimation errors into account. Finally, we consider robust channel estimation which can be viewed as one of the perspectives of this thesis.

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

Dans le contexte de l'expansion de la téléphonie mobile et de l'Internet de l'année 2000, la conception de systèmes de transmission numériques sur fibre optique atteignant des capacités de l'ordre du terabit/s est envisagée par les équipementiers. Ce travail de thèse contribue à répondre à ce défi technologique, dans le cadre des systèmes terrestres utilisant la technique du multiplexage en longueur d'onde (WDM). Les solutions explorées consistent, premièrement en l'évolution du débit par canal de 10 Gbit/s à 40 Gbit/s puis en l'augmentation de la capacité d'information transmise par unité de bande passante optique jusqu'à 1.28 bit.s-1Hz-1. Les adaptations des systèmes sont préalablement analysées par simulations numériques offrant des règles d'ingénierie et des idées nouvelles puis les résultats de ces analyses sont concrétisés par des expériences de transmission démonstratives allant jusqu'à un multiplexage de 256 canaux à 40 Gbit/s soit une capacité totale de 10 Tbit/s.

Avec le besoin croissant en bande-passante, les technologies dites de radio-cognitive sont de plus en plus étudiées par la communauté scientifique. L'enjeu est d'utiliser au mieux le spectre disponible. L'une de ces technologies, Transform Domain Communication System (TDCS), dont les performances en termes d'efficacité énergétique et spectrale étaient jusqu'à présent méconnues, constitue le sujet d'étude de cette thèse. Après une présentation du contexte scientifique et industriel de la thèse, le système TDCS est introduit, ainsi que ses similarités et différences avec OFDM et MC-CDMA. Le système est ensuite décrit sous le formalisme algébrique des modulations linaires. Cela a permis d'établir une expression de l'efficacité spectrale du système. Plusieurs techniques sont alors proposées pour améliorer celle-ci tout en améliorant, dans certains cas, le taux d'erreur binaire. Étant composé d'un de plusieurs composantes sinusoïdales, le signal TDCS souffre d'un fort Peak-to-Average Power Ratio (PAPR). La théorie ensembliste est alors présentée puis mise à profit en troisième partie de cette thèse pour proposer les algorithmes Douglas- Rachford et ROCS de réduction du PAPR des signaux TDCS. Ces algorithmes convergent plus rapidement et vers des valeurs plus basses que l'algorithme POCS précédemment utilisé dans la littérature.

Actuellement, les techniques multiporteuses sont largement utilisées dans les systèmes de transmission grâce à leur robustesse aux effets de trajets multiples et à leur implémentation efficace utilisant des FFTs. L'OFDM (orthogonal frequency division multiplexing) est un type de modulation multiporteuse qui consiste à subdiviser un flux de données à très haut débit en plusieurs flux élémentaires à bas-débit qui sont transmis sur différentes sous-porteuses orthogonales. Récemment, une technique multiporteuse à base de bancs de filtres (FBMC) a été proposée comme une alternative permettant d'offrir quelques avantages par rapport à l'OFDM. Un des principaux avantages est l'amélioration de l'efficacité spectrale grâce à l'absence du préfixe cyclique (CP) et aux formes d'onde bien localisées en temps et en fréquence.Contrairement à ce qui est souvent supposé dans la littérature, l'asynchronisme existe intrinsèquement dans un bon nombre de systèmes de communication à cause de multiples facteurs tels que les délais de propagation et la distribution géographique des utilisateurs. Cet asynchronisme peut engendrer une perte d'orthogonalité entre les sous-porteuses qui peut se traduire par l'apparition d'interférences asynchrones causant à leurs tours une dégradation des performances du système. La modélisation de cette interférence présente un enjeu important dans la conception des systèmes de communication.Dans cette thèse, nous analysons l'impact de la désynchronisation temporelle sur les performances de l'OFDM et de la FBMC. Tout d'abord, nous présentons un modèle global permettant la caractérisation et l'analyse de l'interférence dans les systèmes multiporteuses asynchrones. Une nouvelle famille de tables d'interférence est proposée tenant compte du décalage temporel ainsi que de la distance spectrale entre les sous-porteuses interférente et victime. Les termes de ces tables sont calculés pour CP-OFDM et FBMC avec les deux formes d'onde IOTA et PHYDYAS. L'impact de l'interférence asynchrone sur le taux d'erreur (BER) et sur l'efficacité spectrale de l'OFDM/FBMC est examiné. En se basant sur les fonctions génératrices des moments de la puissance d'interférence, nous avons établi des expressions analytiques simples du BER et de l'efficacité spectrale moyens. Ces dernières expressions réduisent d'une façon considérable la complexité de l'évaluation des performances. Cette étude théorique a été consolidée et validée par des résultats de simulation pour différents scénarios où nous avons démontré que contrairement à l'OFDM, les modulations FBMC sont moins sensible à la désynchronisation temporelle grâce à la bonne localisation des formes d'ondes utilisées. / Multicarrier systems are widely used today due to their robustness to multipath effects and efficient implementation using FFT. Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) system is a class of multicarrier modulation which consists of splitting up a wide-band signal at a high symbol rate into several lower rate signals, each one occupying a narrower band. System performance improves because subcarriers experience flat fading channels and are orthogonal to one another. Recently, a number of papers have focused on a new alternative called Filter bank based multicarrier system (FBMC) which can offer a number of advantages over CP-OFDM system such as the improved spectral efficiency by not using a redundant CP and by having much better control of the out-of-band emission due to the time-frequency localized shaping pulses.Furthermore, asynchronism inherently exists in several communication systems due to many factors e.g. the propagation delays and the spatial distribution of users. As one of the most challenging issue in design of communication systems, the asynchronism can harmfully affect the system performance by causing the so-called asynchronous interference.In this dissertation, we investigate the impact of asynchronism on the performance of OFDM FBMC systems. First, we present a unified framework for multicarrier interference characterization and analysis in asynchronous environments. We propose a new family of interference tables that model the correlation between a given interfering subcarrier and the victim one, not only as a function of the spectral distance separating both subcarriers but also with respect to the timing misalignment between the subcarriers holders. These tables are derived for CP-OFDM, PHYDYAS-FBMC and IOTA-FBMC systems. Furthermore, the impact of the asynchronous interference on the average error rate and the average spectral efficiency of OFDM and FBMC systems is addressed. Based on computing the moment generating functions of the asynchronous interference power, simple new expressions for the exact evaluation of the average error rate and the average spectral efficiency are derived considering the frequency correlation fading between adjacent interfering subcarriers. These expressions significantly reduce the computation complexity of the performance evaluation.For each technique two scenarios are examined: fully-loaded network and partially loaded ones. The accuracy of the obtained expressions has been validated through different simulation results. In contrast to OFDM, FBMC waveforms are demonstrated to be less sensitive to timing asynchronism, due to the better frequency localization of the used prototype filters.

L'une des stratégies utilisée pour augmenter l'efficacité spectrale (ES) des réseaux cellulaires est de réutiliser la bande de fréquences sur des zones relativement petites. Le problème majeur dans ce cas est un plus grand niveau d'interférence, diminuant l'efficacité énergétique (EE). En plus d'une plus grande largeur de bande, la densification des réseaux (cellules de petite taille ou multi-utilisateur à entrées multiples et sortie unique, MU-EMSO), peut augmenter l'efficacité spectrale par unité de surface (ESuS). La consommation totale d'énergie des réseaux sans fil augmente en raison de la grande quantité de puissance de circuit consommée par les structures de réseau denses, réduisant l'EE. Dans cette thèse, la région EE-SE est caractérisé dans un réseau cellulaire hexagonal en considérant plusieurs facteurs de réutilisation de fréquences (FRF), ainsi que l'effet de masquage. La région EE-ESuS est étudiée avec des processus de Poisson ponctuels (PPP) pour modéliser un réseau MU-EMSO avec un précodeur à rapport signal sur fuite plus bruit (RSFB). Différentes densités de station de base (SB) et nombre d'antennes aux SB avec une consommation d'énergie statique sont considérées.Nous caractérisons d'abord la région EE-SE dans le réseau cellulaire hexagonal pour différentes FRF, avec et sans masquage. Avec le masquage en plus de la perte de propagation, la mesure de coupure ε-EE-ES est proposée pour évaluer les performances. Les courbes EE-ES présentent une grande partie linéaire, due à la consommation de puissance statique, suivie d'une forte diminution de l'EE, puisque le réseau est homogène et limité par les interférences. Les résultats montrent qu'un FRF de 1 pour les régions proches de la SB et des FRF plus élevés dans la région plus proche du bord de la cellule améliorent le point optimal du EE-ES. De plus, un meilleur compromis EE-ES peut être obtenu avec une valeur plus élevée de coupure. En outre, un FRF de 1 est le meilleur choix pour une valeur élevée de coupure en raison d'une réduction du rapport signal sur interférence plus bruit (RSIB).Les précodeurs sont utilisés en liaison descendante des réseaux cellulaires MU-EMSO à accès multiple par division spatiale (AMDS) pour améliorer le RSIB. La géométrie stochastique a été utilisée intensivement pour analyser de tels systèmes complexes. Nous obtenons une expression analytique de l'ESuS en régime asymptotique, c.-à-d. nombre d'antennes et d'utilisateurs infinis, en utilisant des résultats de matrices aléatoires et de géométrie stochastique. Les SBs et les utilisateurs sont modélisés par deux PPP indépendants et le précodage RSFB est utilisé. L'EE est dérivée d'un modèle de consommation de puissance linéaire. Les simulations de Monte Carlo montrent que les expressions analytiques sont précises même pour un nombre faible d'antennes et d'utilisateurs. De plus, les courbes d'EE-ESuS ont une grande partie linéaire avant une forte décroissante de l'EE, comme pour les réseaux hexagonaux. Les résultats montrent également que le précodeur RSFB offre de meilleurs performances que le précodeur forçage à zéro (FZ), qui est typiquement utilisé dans la literature. Les résultats numériques pour le précodeur RSFB montrent que déployer plus de SBs ou d'antennes aux BSs augmente l'ESuS, mais que le gain dépend du rapport des densités SB-utilisateurs et du nombre d'antennes lorsque la densité de l'utilisateur est fixe. L'EE augmente seulement lorsque l'augmentation de l'ESuS est plus importante que l'augmentation de la consommation d'énergie par unité de surface. D'autre part, lorsque la densité d'utilisateur augmente, l'ESuS dans la région limitée par les interférences peut être améliorée en déployant davantage de SB sans sacrifier l'EE et le débit ergodique des utilisateurs. / One of the used strategies to increase the spectral efficiency (SE) of cellular network is to reuse the frequency bandwidth over relatively small areas. The major issue in this case is higher interference, decreasing the energy efficiency (EE). In addition to the higher bandwidth, densification of the networks (e.g. small cells or multi-user multiple input single output, MU-MISO) potentially increases the area spectral efficiency (ASE). The total energy consumption of the wireless networks increases due to the large amount of circuit power consumed by the dense network structures, leading to the decrease of EE. In this thesis, the EE-SE achievable region is characterized in a hexagonal cellular network considering several frequency reuse factors (FRF), as well as shadowing. The EE-ASE region is also studied using Poisson point processes (PPP) to model the MU-MISO network with signal-to-leakage-and-noise ratio (SLNR) precoder. Different base station (BS) densities and different number of BS antennas with static power consumption are considered.The EE-SE region in a hexagonal cellular network for different FRF, both with and without shadowing is first characterized. When shadowing is considered in addition to the path loss, the ε-SE-EE tradeoff is proposed as an outage measure for performance evaluation. The EE-SE curves have a large linear part, due to the static power consumption, followed by a sharp decreasing EE, since the network is homogeneous and interference-limited. The results show that FRF of 1 for regions close to BS and higher FRF for regions closer to the cell edge improve the EE-SE optimal point. Moreover, better EE-SE tradeoff can be achieved with higher outage values. Besides, FRF of 1 is the best choice for very high outage value due to the significant signal-to-interference-plus-noise ratio (SINR) decrease.In downlink, precoders are used in space division multiple access (SDMA) MU-MISO cellular networks to improve the SINR. Stochastic geometry has been intensively used to analyse such a complex system. A closed-form expression for ASE in asymptotic regime, i.e. number of antennas and number of users grow to infinity, has been derived using random matrix theory and stochastic geometry. BSs and users are modeled by two independent PPP and SLNR precoder is used at BS. EE is then derived from a linear power consumption model. Monte Carlo simulations show that the analytical expressions are tight even for moderate number of antennas and users. Moreover, the EE-ASE curves have a large linear part before a sharply decreasing EE, as observed for hexagonal network. The results also show that SLNR outperforms the zero-foring (ZF) precoder, which is typically used in literature. Numerical results for SLNR show that deploying more BS or a large number of BS antennas increase ASE, but the gain depends on the BS-user density ratio and on the number of antennas when user density is fixed. EE increases only when the increase in ASE dominates the increase of the power consumption per unit area. On the other hand, when the user density increases, ASE in interference-limited region can be improved by deploying more BS without sacrificing EE and the ergodic rate of the users.

Le travail de recherche présenté dans cette thèse est basé sur l’étude du protocole de communication par satellite appelé « Enhanced Spread Spectrum Aloha » (E-SSA) et créé par l’Agence Spatiale Européenne (ESA) en 2009. Il s’agit d’une technique qui permet à un terminal d’envoyer des messages courts par satellite de manière totalement asynchrone. L’intérêt est de maximiser l’efficacité spectrale tout en gardant une complexité minimale du terminal grâce aux techniques d’étalement de spectre et d’annulation d’interférences (SIC). Alors qu’au départ le protocole E-SSA avait pour but d’apporter un support physique pour des applications destinées à des terminaux mobiles en bande S, les développements se sont récemment étendus à une gamme de terminaux fixes dans des bandes de fréquence différentes (C, Ku ou Ka). À partir de ces deux modèles d’utilisation de l’E-SSA, ce travail de recherche se concentre sur la mise en place de solutions techniques permettant d’augmenter significativement la capacité globale du système. Cela est possible à travers une optimisation des différents paramètres du protocole et la conception d’algorithmes de gestion des puissances des terminaux. / The work presented in this thesis focuses on the satellite communication protocol named “Enhanced Spread Spectrum Aloha” (E-SSA) and developed in 2009 by the European Space Agency (ESA). The E-SSA structure, based on fully asynchronous random access, perfectly copes with low-duty cycle bursty transmissions adapted to satellite messaging. High performance in terms of spectral efficiency is possible by exploiting iterative successive interference cancellation (SIC) while keeping minimal complexity at the terminal side. If the first exploitation of the protocol concerned mobile applications in S-band, it has been extended to fleets of fixed terminals in other frequency bandwidths (C, Ku or Ka). Starting from these two scenarios, this thesis proposes different innovations to further boost the E-SSA global system capacity. These technical solutions particularly include a fine optimization of protocol parameters and new power control algorithms.

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

Avec le besoin croissant en bande-passante, les technologies dites de radio-cognitive sont de plus en plus étudiées par la communauté scientifique. L’enjeu est d’utiliser au mieux le spectre disponible. L'une de ces technologies, Transform Domain Communication System (TDCS), dont les performances en termes d’efficacité énergétique et spectrale étaient jusqu'à présent méconnues, constitue le sujet d'étude de cette thèse. Après une présentation du contexte scientifique et industriel de la thèse, le système TDCS est introduit, ainsi que ses similarités et différences avec OFDM et MC-CDMA. Le système est ensuite décrit sous le formalisme algébrique des modulations linaires. Cela a permis d’établir une expression de l’efficacité spectrale du système. Plusieurs techniques sont alors proposées pour améliorer celle-ci tout en améliorant, dans certains cas, le taux d’erreur binaire. Étant composé d’un de plusieurs composantes sinusoïdales, le signal TDCS souffre d’un fort Peak-to-Average Power Ratio (PAPR). La théorie ensembliste est alors présentée puis mise à profit en troisième partie de cette thèse pour proposer les algorithmes Douglas-Rachford et ROCS de réduction du PAPR des signaux TDCS. Ces algorithmes convergent plus rapidement et vers des valeurs plus basses que l’algorithme POCS précédemment utilisé dans la littérature / For about ten years, spectrum scarcity and the growing need of bandwidth have pushed the studies on cognitive-radio technologies to counter this waste. Among them: the Transform Domain Communication System (TDCS), on which this thesis focuses. Until now, TDCS’ performance in terms of spectral and power efficiency was largely unknown. After introducing the thesis’ industrial and scientific context, the TDCS is introduced and compared with popular technologies such as OFDM and MC-CDMA. The system is then studied by means of the linear modulations’ algebraic framework. This has led to the TDCS’ spectral efficiency determination and to new design rules to jointly achieve a better spectral efficiency and a lower BER. Several methods are then proposed to further increase the spectral efficiency by means of a dense multidimensional modulation. Since a TDCS signal is made of several sines, it suffers from a strong Peak-to-Average Power Ratio (PAPR). Set theoretic estimation is then introduced in a third part and new PAPR-reduction algorithms such as Douglas-Rachford and Reflection Onto Convex Sets are brought to light and achieve better performance than the usual POCS algorithm regarding to the convergence rate, as well as the achieved PAPR