Depuis quelques années, les techniques multi-antennes sont envisagées comme solution<br />potentielle pour augmenter le débit des futurs systèmes de communications sans fils. L'objectif<br />de cette thèse est d'étudier et d'améliorer les techniques d'émission et de réception de ces<br />systèmes MIMO (Multiple Input Multiple Output) dans un contexte multi-porteuses.<br />En effet, l'OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplex), qui permet de transformer<br />un canal sélectif en fréquence en de multiples canaux non sélectifs, est particulièrement bien<br />adapté à la conception de récepteurs MIMO peu complexes.<br />D'autre part, deux techniques permettant d'améliorer l'exploitation de la diversité fréquentielle<br />et/ou temporelle sont associées à l'OFDM, à savoir le précodage linéaire (LP-OFDM) et<br />le CDMA dans un schéma de type MC-CDMA (Multicarrier-Code division Multiplex Access).<br />Nous avons associé le LP-OFDM et le MC-CDMA à deux techniques MIMO ne nécessitant<br />pas de connaissance du canal à l'émission, le codage espace-temps en blocs STBC (Space-Time<br />Block Coding) et le multiplexage spatial.<br />On montre que pour les deux systèmes MIMO MC-CDMA et MIMO LP-OFDM, les diversités<br />spatiales, temporelles et fréquentielles sont efficacement exploitées.<br />L'avantage de l'association avec les STBC orthogonaux est que des récepteurs particulièrement<br />simples peuvent être mis en oeuvre. En effet, pour un système STBC LP-OFDM, un<br />simple égaliseur linéaire MMSE fournit des performances proches de celles obtenues avec un<br />récepteur à maximum de vraisemblance permettant l'utilisation de grandes matrices de précodage.<br />En STBC MC-CDMA, des récepteurs mono-utilisateur conduisent, comme en SISO<br />MC-CDMA, au meilleur compromis performances/complexité.<br />Lorsque le LP-OFDM ou le MC-CDMA sont associés à du multiplexage spatial, le surplus<br />de complexité des récepteurs est inhérent à la gestion de l'interférence multi-antennes. Nous<br />avons démontré que la mise en oeuvre d'un simple récepteur de type MMSE nécessitant<br />l'inversion de la matrice de canal MIMO conduit à de très bonnes performances. Un processus<br />similaire peut également être appliqué pour des STBC non orthogonaux.<br />Associés à un système itératif lors de l'insertion d'un codage de canal à l'émission, tous<br />ces systèmes peuvent atteindre les performances de la borne du filtre adapté proche des performances<br />de la courbe gaussienne en utilisant de simples opérations.<br />Le gain en efficacité spectrale et en performances est à l'avantage des techniques à multiplexage<br />spatial car elles profitent de l'augmentation linéaire de la capacité avec le minimum<br />du nombre d'antennes d'émission et de réception. Le compromis débit/complexité indiquera<br />le choix du système MIMO à associer au LP-OFDM ou au MC-CDMA. Les performances sont<br />étudiées avec ou sans corrélation et sur des canaux théoriques et réalistes.

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.