Cette thèse considère les problèmes d'allocation de ressources en OFDM multi-utilisateurs avec diverses types de contraintes de qualité de service (QoS) adaptées à plusieurs contextes applicatifs. L'objectif est de proposer des algorithmes pratiques pour la liaison descendante basés sur une connaissance partielle des canaux. Nous considérons pour commencer la question du partage optimal de sous-porteuses entre les utilisateurs d'une cellule sous contraintes de QoS hétérogènes. Nous permettons à plusieurs utilisateurs de partager la même sous-porteuse créant ainsi de l'interférence multi-utilisateurs sur chaque sous-porteuse. Nous montrons l'optimalité, vis-à-vis de la somme pondérée de débits, d'un partage orthogonal du type OFDMA assorti d'une allocation appropriée de puissance. Nous généralisons aussi l'optimalité de l'OFDMA à d'autres mesures de performance telles que le débit commun, les débits proportionnels, etc. Nous considérons en suite une liaison OFDMA descendante d'une cellule et nous mettons l'accent sur l'équité en QoS. Notre approche exploite la connaissance du canal moyen de chaque utilisateur et de la charge du système. Nous décrivons l'allocation optimale de sous-porteuses et de modulations maximisant le débit utilisateur tout en caractérisant les probabilités de coupure soumises à des valeurs maximales cibles. Enfin, nous considérons le cas multi-cellules et nous utilisons la technique de ré-utilisation fractionnelle de sous-porteuses afin de gérer les interférences entre-cellules et d'améliorer l'efficacité spectrale. Dans ce contexte, nous proposons une solution d'allocation de bande et de station de base garantissant la meilleure QoS équitable étant donnée la connaissance des canaux moyens.

Cette thèse s'intéresse aux problèmes d'allocation de ressources pour la transmission de données multimédia scalables sous contraintes de qualité de service (QoS) sur les réseaux hétérogènes. Les liaisons filaires et sans fil considérées (DS-CDMA, OFDMA) sont appliquées à des services de transmission d'images et de parole sur des canaux à évanouissements lents ou rapides, avec ou sans multitrajets. La QoS de ces réseaux est exprimée en terme de qualité perçue du point de vue de l'utilisateur (couche Application) et en terme de taux d'erreurs binaires (TEB) par classe du point de vue de la transmission (couche Physique). Les ressources étudiées sont : l'allocation des puissances, des ordres de modulation et des porteuses ainsi que les propriétés de protection inégale contre les erreurs (UEP). L'objectif de ce document est d'allouer ces ressources de façon à maximiser le débit source des données multimédia hiérarchisées (sous forme de classes d'importance) en s'appuyant sur une connaissance parfaite ou partielle des canaux de propagation, sous contrainte de performances cibles en réception. Les stratégies d'adaptation de lien que nous présentons se basent sur la possible troncature d'une partie de ces données à transmettre. Elles se fondent également sur le degré de sensibilité et la protection adéquate de chacune de ces classes contre les erreurs liées à la transmission sur le canal, conformément aux exigences de QoS exprimées sur ces dernières. Les schémas de transmission explorent plusieurs critères d'optimisation des ressources : la minimisation de la charge utile du système ainsi que l'optimisation de la robustesse de la transmission aux erreurs d'estimation du canal. Dans ces contextes, nous décrivons l'allocation optimale de sous-porteuses, de modulations, de rendements de code et d'énergie maximisant le débit source de l'utilisateur tout en véri ant les contraintes sur la charge du système et la QoS. Nous montrons que ces schémas d'allocation sont adaptables à de nombreux systèmes de communication et présentent des performances supérieures aux stratégies de l'état de l'art.

La mise en oeuvre de systèmes basés OFDMA nécessite une synchronisation de la fréquence très fine en raison de l'extrème sensibilité de l'OFDMA aux décalages en fréquence porteuse (CFO). La synchronisation en fréquence devient plus difficile dans les systèmes OFDMA en liaison montante. Nos objectifs comprennent l'étude et l'analyse des problèmes résultant de décalages de fréquence et la proposition de solutions pour lutter contre ces problèmes. Nous examinons d'abord les interférences résultant de décalages de fréquence porteuse présents dans l'oscillateur du terminal utilisateur. Nous démontrons que l'on doit prendre en compte le préfixe cyclique tout en analysant les interférences résultant du CFO. Ensuite, nous montrons qu'il existe une contradiction entre la diversité de fréquence de canal et la robustesse contre le CFO. Nous proposons un compromis sous la forme d'une taille de bloc de seuil, afin de permettre un bon compromis entre la diversité des canaux et de robustesse pour les CFO pour le cas où aucune connaissances du canal n'est disponible. Quand le canal est connu, nous proposons une allocation optimale par bloc grâce à laquelle la robustesse aux CFO et à la diversité de fréquence de canal peut être réalisée en utilisant une petite taille de bloc petit pour des CFO de petite valeur. Nous proposons également une valeur CFO critique, en dessous de laquelle l'allocation optimal par bloc est très performant. Ensuite, nous proposons des solutions pour deux problèmes importants rencontrés dans un système OFDMA en liaison montante. Premièrement, nous proposons une méthode efficace pour l'estimation conjointe des réponses impulsionnelles des canaux et fréquences porteuses basée sur l'approximation polynomiale. Notre méthode d'estimation conjointe est plus simple que les méthodes existantes, sans aucune dégradation de performance. Ensuite, nous proposons une méthode de compensation de CFO basée sur l'annulation des interférences successives (SIC). La méthode d'annulation proposée réduit la complexité de mise en oeuvre quand le nombre de porteuses est important.

Le spectre électromagnétique est une ressource naturelle dont l'usage doit être optimisé. Un grand nombre de travaux actuels visent à améliorer l'utilisation des fréquences radio en y introduisant un degré de flexibilité rendu possible par l'agilité en forme d'onde et en fréquence permise par la radio logicielle (SDR), ainsi que par les méthodes de traitement intelligent du signal (radio cognitive). Cette thèse se place dans ce contexte. Concrètement, nous considérons le problème de partage du spectre électromagnétique entre plusieurs utilisateurs sous contraintes d'interférence mutuelle. Notre objectif est de contribuer à l'évaluation du gain de partage de cette ressource rare qu'est le spectre électromagnétique. En étudiant le canal gaussien d'interférence avec l'interférence traitée comme du bruit additif gaussien aux différents récepteurs, nous avons trouvé une description géométrique et plusieurs caractérisations de la région des débits atteignables. Ensuite, considérant un cas plus réaliste où chaque utilisateur a une certaine qualité de service, nous avons trouvé une condition nécessaire et suffisante pour permettre la communication simultanée à travers le canal gaussien d'interférence pour deux utilisateurs. Dans un scénario de partage entre un utilisateur primaire ayant une plus grande priorité d'accès au spectre et un utilisateur secondaire, après avoir déterminé des bornes minimales pour le débit du primaire en fonction du schéma d'allocation de puissance de l'utilisateur secondaire, nous avons proposé une technique originale d'allocation de puissance pour l'utilisateur secondaire accédant de manière opportuniste au spectre sous contraintes de performance de coupure pour tous les utilisateurs. En particulier, cette technique d'allocation de puissance n'utilise que l'information sur l'état des canaux des liens directs allant de l'émetteur secondaire vers les autres points du réseau. Finalement, considérant des modèles de canaux plus réalistes; après avoir montré l'existence d'une zone d'exclusion autour du récepteur primaire (zone où il n'y a aucun transmetteur secondaire, dans le but de protéger l'utilisateur primaire contre les fortes interférences), nous avons caractérisé l'effet du shadowing et du path-loss sur la zone d'exclusion du primaire.