Dans cette thèse, les réseaux coopératifs sont étudiés sous cette hypothèse que la source est incertain par rapport le canal en opération. Dans le premier chapitre, des stratégies coopératives sont développées pour les canaux à relais simultanés (SRC) lesquelles se composent d'un ensemble de deux canaux à relais parmi lesquels le canal en opération est choisi. Cela est équivalent au canal de diffusion à relais (BRC). Les bornes sur la région de capacité de BRC général sont dérivées. Les résultats de capacité sont obtenus pour les cas particuliers du canal à relais simultané semi-dégradé et dégradé Gaussien. Dans le deuxième chapitre, le canal à relais composite est considéré où le canal est tiré aléatoirement d'un ensemble de la distribution conditionnelle. Le débit est fixé en dépit du canal actuel et la probabilité d'erreur (EP) asymptotique est caractérisée. Une nouvelle stratégie de codage sélectif (SCS) est introduit permettant aux relais de choisir -selon leur mesurage du canal - la meilleur schéma de codage entre Décoder-et-Transmettre (DF) et Comprimer-et-Transmettre (CF). Les théorèmes de codage de réseau bruit généralisées sont démontrés pour le cas de réseau unicast général où les relais utilisent soit DF soit CF. Dans le troisième chapitre, le spectre asymptotique de EP est introduit en tant que nouvelle mesure de performance pour réseaux composites. Il est démontré que chaque code avec le débit hors de la borne cut-set, abouti à EP égal à un et le spectre asymptotique de EP coïncide avec la probabilité d'outage pour les réseaux satisfaisant la converse forte.

Les systèmes de communications par satellite sont utilisés dans le contexte de la radiodiffusion, de la navigation, du sauvetage et du secours aux sinistrés, car ils permettent de fournir des services sur une large zone de couverture. Cependant, cette zone de couverture est limitée par l'effet de masquage provoqué par des obstacles qui bloquent la liaison directe entre le satellite et un utilisateur terrestre. L'effet de masquage devient plus sévère en cas de satellites à faibles angles d'élévation ou lorsque l'utilisateur est à l'intérieur. Pour résoudre ce problème, les Systèmes Coopératifs Hybride Satellite-Terrestre (HSTCS) ont été proposés. Dans un système HSTCS, l'utilisateur mobile peut profiter de la diversité spatiale en recevant des signaux à la fois du satellite et des relais terrestres. Les gap-fillers fixes ou mobiles sont utilisés pour relayer le signal satellite. La plupart des systèmes de diffusion par satellite utilisent les gap-fillers fixes alors que les gap-fillers mobiles sont nécessaires en cas de communications d'urgence lorsque l'infrastructure fixe n'est pas disponible. Dans les scénarios d'urgence (incendie, tremblement de terre, inondations, explosion) l'infrastructure terrestre existante est endommagée, donc les HSTCSs sont appropriés pour mettre à jour des informations qui permettent aux sauveteurs d'intervenir efficacement et en toute sécurité. En particulier, une mise en œuvre rapide et souple est nécessaire, ce qui pourrait être fourni par le déploiement de gap-fillers mobiles (véhicule ou portable). Plusieurs scénarios coopératifs et techniques de transmission ont déjà été proposés et étudiés. Cependant, la plupart des méthodes proposées ne fournissent qu'une analyse de performance fondée sur la simulation alors que les expressions analytiques de la probabilité de coupure et de la Probabilité d'Erreur Symbole (SEP) n'ont pas encore été établies. Cette thèse se focalise sur l'analyse de performances des systèmes HSTCS. La probabilité de coupure et SEP du système utilisant le schéma de transmission Selective Decode-and-Forward (SDF), avec ou sans sélection de relais, est évaluée dans le cas des modulations MPSK et MQAM. Cette expression analytique permet de concevoir le système HSTCS. Ces résultats sont applicables aux cas des relais fixes ou mobiles. La seconde partie de cette thèse est consacrée à des problèmes de synchronisation (décalage en temps et en fréquence ainsi que l'étalement Doppler). La mobilité des utilisateurs crée l'étalement Doppler qui détruit l'orthogonalité des sous-porteuses dans les signaux de type Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM). Cette perte d'orthogonalité engendre de l'interférence entre sous-porteuses (ICI) et donc une dégradation des performances du système en termes de SEP. Dans ce cas, on présente les conditions dans lesquelles cette dégradation peut être compensée par une augmentation du Rapport Signal sur Bruit (SNR) du côté de l'émetteur. Le résultat dépend du schéma de modulation et aussi de la vitesse des utilisateurs. / Satellite communication systems are used in the context of broadcasting, navigation, rescue, and disaster relief since they allow the provision of services over a wide coverage area. However, this coverage area is limited by the masking effect caused by obstacles that block the Line-Of-Sight (LOS) link between the satellite and a terrestrial user. The masking effect becomes more severe in case of low satellite elevation angles or when the user is indoor. To address this issue, Hybrid Satellite-Terrestrial Cooperative Systems (HSTCSs) have been proposed. In an HSTCS, the mobile user can exploit the diversity advantages by receiving signals from both satellite and terrestrial components. Fixed or mobile gap-fillers are used to relay the satellite signal. Most of satellites broadcasting systems have been implemented using fixed gap-fillers while mobile gap-fillers are needed in emergency cases when the fixed infrastructure is not available. In emergency scenarios (e.g., fire, earthquake, flood and explosion), the existing terrestrial infrastructure has been destroyed. So, an HSTCS is appropriate for transmitting the information between the rescuers and the central office. This allows the rescuers to operate efficiently. In particular, a fast and flexible implementation is needed and this could be provided by deploying mobile gap fillers (vehicle or mobile handheld). Recently, the topic of HSTCSs has gain interest in the research community. Several cooperative scenarios and transmission techniques have been proposed and studied. However, most of existing approaches only provide a performance analysis based on simulation results and the analytical expression of the exact Symbol Error Probability (SEP) is generally not provided. This dissertation focuses on the performance analysis of HSTCSs. The exact closed-form outage probability and SEP of Selective Decode-and-Forward (SDF) transmission scheme with and without relay selection are derived for both M-ary phase shift keying (MPSK) and M-ary quadrature amplitude modulation (MQAM) schemes. This analytical SEP helps in designing and dimensioning HSTCSs. Our results are applicable to both fixed and mobile relaying techniques. Another part of the dissertation is dedicated to synchronization issues (time, frequency shifting/spreading). The mobility of users induces a Doppler spread in the Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) signal that destroys the orthogonality of subcarriers. The loss of orthogonality produces Inter-subCarrier Interference (ICI) and hence a degradation of the system performance in terms of SEP. In this case, we present the conditions in which this degradation can be compensated for by an increase in the Signal to Noise Ratio (SNR) at the transmitter side. The result depends on both the modulation scheme and the speed of the mobile users.

Cette thèse a pour but l'analyse des performances d'une communication radio en présence d'évanouissements et d'effet de masque. Le masquage, du aux obstacles entre l'émetteur et le récepteur, fait varier la probabilité d'erreur moyenne ("Symbole Error Probability" SEP). L'étude de la probabilité de coupure symbole (SEO "Symbol error Outage") définie comme la probabilité que le SEP moyen excède une valeur seuil est donc plus pertinent. La difficulté de son étude réside dans le fait qu'une inversion du SEP moyen par rapport au SNR (Signal to Noise Ratio) est nécessaire. Par la méthode de Laplace nous donnons des approximations précises à tout SNR du SEP dans un canal de Nakagami-m et Rice dans le cas mono-antenne. Nous montrons ensuite que ces approximations sont inversibles par rapport au SNR et permettent d'exprimer analytiquement le SEO en fonction du SEP cible. Nous intégrons ensuite le codage canal et dérivons des expressions analytiques de la probabilité de coupure paquet pour un codage bloc puis un codage convolutif à entrée décidée. Nous étendons l'étude aux systèmes MIMO à codage bloc orthogonaux puis à multiplexage spatial où des formes exactes du SEO sont dérivées. Nous considérons le cas où des interférents sont présents. Nous dérivons une approximation précise et inversible de la probabilité d'erreur lorsque les signaux se propagent à travers un canal à évanouissements rapides de Rayleigh. Enfin parce que la prise en compte de l'interférence est un moyen avéré d'augmenter la capacité des réseaux, nous étudions les performances de la détection multiutilisateurs à maximum de vraisemblance (MUD-MLSE), dans un contexte WLAN à canaux recouvrant.

Dans les systèmes radio mobiles, la diversité représente une technique efficace pour lutter contre l'évanouissement dû aux multi-trajets. La pleine diversité spatiale est atteinte dans les systèmes multiple-input multiple-output (MIMO). Mais, souvent l'intégration d'antennes multiples au niveau de l'émetteur ou du récepteur est coûteuse. Comme alternative, dans les réseaux sans fil multi-hop, la diversité coopérative garantit des gains de diversité spatiale en exploitant les techniques MIMO traditionnelles sans avoir besoin d'antennes multiples. En outre, la diversité coopérative fournit au réseau : un débit important, une énergie réduite et une couverture d'accès améliorée.Dans ce contexte, l'objectif de cette thèse est de concevoir des schémas de codage pour le canal à relais afin de réaliser une meilleure performance en termes de gain de diversité et de gain de codage. D'abord, nous étudions un système de turbo-codage distribué à L-relais en mode soft-decode-and-forward. Ensuite, nous proposons un système de turbocodage coopératif distribué à L-relais en utilisant la concaténation en parallèle des codes convolutifs. Enfin, afin d'améliorer la fiabilité de détection au niveau du noeud relais, nous proposons la technique de sélection d'antenne/relayage-soft. Pour une modulation BPSK, nous dérivons des expressions de la borne supérieure de la probabilité d'erreurbinaire où les différents sous-canaux sont supposés à évanouissement de Rayleigh, indépendants et pleinement entrelacés avec une information instantanée d'état de canal idéal. Une validation des résultats théoriques est également menée par la simulation.

Dans cette thèse, les réseaux coopératifs sont étudiés sous cette hypothèse que la source est incertain par rapport le canal en opération. Dans le premier chapitre, des stratégies coopératives sont développées pour les canaux à relais simultanés (SRC) lesquelles se composent d'un ensemble de deux canaux à relais parmi lesquels le canal en opération est choisi. Cela est équivalent au canal de diffusion à relais (BRC). Les bornes sur la région de capacité de BRC général sont dérivées. Les résultats de capacité sont obtenus pour les cas particuliers du canal à relais simultané semi-dégradé et dégradé Gaussien. Dans le deuxième chapitre, le canal à relais composite est considéré où le canal est tiré aléatoirement d'un ensemble de la distribution conditionnelle. Le débit est fixé en dépit du canal actuel et la probabilité d'erreur (EP) asymptotique est caractérisée. Une nouvelle stratégie de codage sélectif (SCS) est introduit permettant aux relais de choisir -selon leur mesurage du canal – la meilleur schéma de codage entre Décoder-et-Transmettre (DF) et Comprimer-et-Transmettre (CF). Les théorèmes de codage de réseau bruit généralisées sont démontrés pour le cas de réseau unicast général où les relais utilisent soit DF soit CF. Dans le troisième chapitre, le spectre asymptotique de EP est introduit en tant que nouvelle mesure de performance pour réseaux composites. Il est démontré que chaque code avec le débit hors de la borne cut-set, abouti à EP égal à un et le spectre asymptotique de EP coïncide avec la probabilité d'outage pour les réseaux satisfaisant la converse forte. / In this thesis, cooperative networks are studied under the assumption that the source is uncertain about the channel in operation. In the first chapter, cooperative strategies are developed for simultaneous relay channels (SRC) which consist of a set of two single relay channels out of which the channel in operation is chosen. This is equivalent to the broadcast relay channel (BRC). Bounds on the capacity region of the general BRC with two helper relays are derived. Capacity results are obtained for specific cases of semi-degraded and degraded Gaussian simultaneous relay channels. In the second chapter, the composite relay channel is considered where the channel is randomly drawn from a set of conditional distributions according to a given distribution. The transmission rate is fixed regardless of the current channel and the asymptotic error probability (EP) is characterized. A novel selective coding strategy (SCS) is introduced which enables relays to select –based on their channel measurement– the best coding scheme between Compress-and-Forward (CF) and Decode-and-Forward (DF). Generalized Noisy Network Coding theorems are shown for the case of unicast general networks where the relays use either DF or CF scheme. In the third chapter, the asymptotic behavior of EP is studied for composite multiterminal networks. The asymptotic spectrum of EP is introduced as a novel performance measure for composite networks. It is shown that every code with rate outside cut-set bound, yields EP equal to one and for the networks satisfying strong converse condition, the asymptotic spectrum of EP coincides with the outage probability.

Dans un réseau coopératif, différents noeuds coopèrent afin de créer un réseau d'antennes virtuel et exploiter la diversité spatio-temporelle. On s'intéresse d'abord au canal à relai. Afin d'améliorer les performances à bas SNR, on propose une stratégie adaptative pour les protocoles "amplify-and-forward" (AF) et "decode-and-forward" (DF) qui détermine la meilleure technique de transmission en fonction du canal. Afin de définir un protocole DF à la fois performant et facile à implémenter, on propose ensuite d'utiliser un décodage incomplet aux relais. Cette technique permet d'atteindre les gains de multiplexage et de diversité maximaux, son DMT est le même que celui du protocol AF non-orthogonal (NAF). Pour réduire la complexité aux relais, deux nouvelles méthodes de décodage sont proposées, basées pour l'une sur la structure des codes TAST, et pour l'autre sur une approximation diophantienne. Dans le cas où plusieurs sources transmettent simultanément, on parle de canal coopératif à accès multiple (CMA). Une implémentation pratique et deux améliorations du protocole CMA-NAF sont proposées, ainsi qu'une variante utilisant une stratégie DF. Ces protocoles permettent d'atteindre de meilleures performances asymptotiques et leur DMT est plus proche de la borne MISO. Enfin, si le lien direct entre source et destination est inutilisable, on utilise une stratégie multi-saut. Dans cette thèse, on propose un protocole pour le canal "K-parallel-path" (KPP), basé sur la sélection de chemin combinée avec un code spatio-temporel de faible dimension. Ce protocole permet d'atteindre les limites théoriques du canal tout en ayant une complexité limitée.