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.

Pour permettre l’accroissement de débit et de robustesse dans les futurs systèmes de communication sans fil, les processus itératifs sont de plus considérés dans les récepteurs. Cependant, l’adoption d’un traitement itératif pose des défis importants dans la conception du récepteur. Dans cette thèse, un récepteur itératif combinant les techniques de détection multi-antennes avec le décodage de canal est étudié. Trois aspects sont considérés dans un contexte MIMOOFDM: la convergence, la performance et la complexité du récepteur. Dans un premier temps, nous étudions les différents algorithmes de détection MIMO à décision dure et souple basés sur l’égalisation, le décodage sphérique, le décodage K-Best et l’annulation d’interférence. Un décodeur K-best de faible complexité (LC-K-Best) est proposé pour réduire la complexité sans dégradation significative des performances. Nous analysons ensuite la convergence de la combinaison de ces algorithmes de détection avec différentes techniques de codage de canal, notamment le décodeur turbo et le décodeur LDPC en utilisant le diagramme EXIT. En se basant sur cette analyse, un nouvel ordonnancement des itérations internes et externes nécessaires est proposé. Les performances du récepteur ainsi proposé sont évaluées dans différents modèles de canal LTE, et comparées avec différentes techniques de détection MIMO. Ensuite, la complexité des récepteurs itératifs avec différentes techniques de codage de canal est étudiée et comparée pour différents modulations et rendement de code. Les résultats de simulation montrent que les approches proposées offrent un bon compromis entre performance et complexité. D’un point de vue implémentation, la représentation en virgule fixe est généralement utilisée afin de réduire les coûts en termes de surface, de consommation d’énergie et de temps d’exécution. Nous présentons ainsi une représentation en virgule fixe du récepteur itératif proposé basé sur le décodeur LC K-Best. En outre, nous étudions l’impact de l’estimation de canal sur la performance du système. Finalement, le récepteur MIMOOFDM itératif est testé sur la plateforme matérielle WARP, validant le schéma proposé. / Recently, iterative processing has been widely considered to achieve near-capacity performance and reliable high data rate transmission, for future wireless communication systems. However, such an iterative processing poses significant challenges for efficient receiver design. In this thesis, iterative receiver combining multiple-input multiple-output (MIMO) detection with channel decoding is investigated for high data rate transmission. The convergence, the performance and the computational complexity of the iterative receiver for MIMO-OFDM system are considered. First, we review the most relevant hard-output and soft-output MIMO detection algorithms based on sphere decoding, K-Best decoding, and interference cancellation. Consequently, a low-complexity K-best (LCK- Best) based decoder is proposed in order to substantially reduce the computational complexity without significant performance degradation. We then analyze the convergence behaviors of combining these detection algorithms with various forward error correction codes, namely LTE turbo decoder and LDPC decoder with the help of Extrinsic Information Transfer (EXIT) charts. Based on this analysis, a new scheduling order of the required inner and outer iterations is suggested. The performance of the proposed receiver is evaluated in various LTE channel environments, and compared with other MIMO detection schemes. Secondly, the computational complexity of the iterative receiver with different channel coding techniques is evaluated and compared for different modulation orders and coding rates. Simulation results show that our proposed approaches achieve near optimal performance but more importantly it can substantially reduce the computational complexity of the system. From a practical point of view, fixed-point representation is usually used in order to reduce the hardware costs in terms of area, power consumption and execution time. Therefore, we present efficient fixed point arithmetic of the proposed iterative receiver based on LC-KBest decoder. Additionally, the impact of the channel estimation on the system performance is studied. The proposed iterative receiver is tested in a real-time environment using the MIMO WARP platform.

Dissertation describes new methodology of design turbo-roundabouts in Czech Republic. Especially innovative is approach to the design of traffic lanes with regards to standard vehicles and widening of traffic lanes according to their dimensions. Innovative is also approach to road signs, where details of current signs are modified, however, these details are important for drivers’ better understanding while driving through turbo-roundabouts. Dissertation fills legislative, but also technical, blank spot during turbo-roundabouts design and I believe that it will benefit particularly designers of these intersections.

The subject of this diploma thesis is variant design of adaptation of T- intersection to crossroad at Frýdek-Místek. At first, there was made traffic forecast of generated traffic from regional planning. After that, there were made traffic forecast from relocation of road II/477. Then for every traffic forecast there were made two more variants of designs. The first variant is designed by one lane roundabout and signal-controlled intersection with signal timing plan. The second and the third variant are designed by turbo roundabout and signal-controlled intersection with signal timing plan. All variants have their own capacity analysis.

Tato disertační práce se zabývá analýzou, simulací a měřením zpracování a přenosu signálů digitální televize pro příjem mobilního TV vysílání ve standardech DVB-H a DVB-SH. Tyto standardy vycházejí z předpokladu, že příjem signálu je charakterizován modely přenosových kanálů s vícecestným šířením. Tyto, tzv. únikové kanály, jsou charakterizovány hlavně zpožděním a ziskem jednotlivých cest. V závislosti na dalších parametrech (rychlost přijímače, Dopplerovské spektrum), je možné rozdělit únikové kanály do třech hlavních skupin: mobilní, přenosné a fixní. Dá se předpokládat, že v různých modelech kanálů bude přenášený signál různě ovlivněn. Proto je potřebné najít optimální parametry systémů (DVB-H/SH) pro kvalitní příjem vysílaných služeb mobilní televize, což je hlavním cílem této disertační práci. Pro tento účel byly vytvořeny dvě vhodné aplikace (jedna pro DVB-H a jedna pro DVB-SH) s GUI v prostředí MATLAB, které umožňují simulovat a analyzovat míru zkreslení signálu v případě mobilních, přenosných a fixních scénářů přenosu. Navíc, tyto aplikace obsahují i druhý samostatný simulátor pro nastavení a modifikaci parametrů jednotlivých přenosových cest. Díky tomu je možné zhodnotit vliv parametrů celého systému a kanálových modelů na dosaženou chybovost (BER a MER) a kvalitu přenosu. Ve všech přenosových scénářích (v závislosti na poměru C/N) byly získané, vyhodnocené a diskutované zkreslení signálů. Navíc, u standardu DVB-H, všechny získané výsledky ze simulací byly ověřeny měřením. Rozdíly mezi dosaženými výsledky (simulace a měření) byly rovněž podrobeny diskuzi. Tuto disertační práci je možné rozdělit do čtyř hlavních částí. První část disertační práce se zabývá rešerší současného vývoje v oblasti digitálního televizního vysílání na mobilní terminály ve standardech DVB-H/SH. Na konci této části jsou jasně popsány cíle této disertační práce. Druhá část práce je zaměřená na stručný popis blokového diagramu vysílačů v obou standardech DVB-H/SH. Dále jsou stručně popsány modely přenosových kanálů, které se používají pro modelování přenosu signálu. Stručný popis vytvořených aplikací, i s vývojovým diagramem, které jsou vhodné pro simulaci a analýzu přenosu v DVB-H/SH, jsou popsány v třetí části práce. Čtvrtá a nejdelší část této disertační práce se zabývá vyhodnocením získaných výsledků ze simulací a měření.

Dans cette thèse, les techniques de coopération ont été étudiées pour un canal multi-accès multi-relais composé d'au moins deux sources qui communiquent avec une seule destination à l'aide d'au moins deux nœuds de relayage en mode semi-duplex. Le multiplexage par répartition dans le temps est supposé. Tout d'abord, l’algorithme d’adaptation de lien est exécuté par l'ordonnanceur centralisé. Durant la première phase de transmission, les sources transmettent chacune à leur tour leur message respectif pendant des intervalles de temps consécutifs. Dans chaque intervalle de temps dans la deuxième phase, la destination planifie un nœud pour transmettre les redondances, mettant en œuvre un protocole coopératif d'Hybrid Automatic Repeat reQuest (HARQ), où les canaux de contrôle limités bidirectionnels sont disponibles depuis les sources et les relais vers la destination. Dans la première partie de la thèse, les stratégies de sélection des nœuds centralisé sont proposées pour la deuxième phase de transmission. Les décisions d’ordonnancement sont prises en fonction de la connaissance des ensembles de sources correctement décodées par chaque noeud et ayant comme objectif de maximiser l’efficacité spectrale moyenne. L'analyse de la probabilité de coupure de l'information ainsi que les simulations Monte-Carlo (MC) sont effectués afin de valider ces stratégies. Dans la seconde partie, un algorithme d’adaptation de lien lent est proposé afin de maximiser l’efficacité spectrale moyenne sous contrainte de vérification d'une qualité de service individuelle cible pour une famille donnée de schémas de modulation et de codage, réposant sur l'information sur la distribution des canaux signalée. Les débits des sources discrets sont déterminés en utilisant l’approche "Genie-Aided" suivie d’un algorithme itératif de correction de débit. Les simulations MC montrent que l’algorithme d’adaptation de lien proposé offre des performances proches de celles de la recherche exhaustive. Dans la troisième partie, les performances de protocole HARQ à redondance incrémentale (IR) avec codage mono et multi-utilisateur, ainsi que l'HARQ de type Chase Combining avec codage mono-utilisateur sont comparées. Les simulations MC montrent que l'IR-HARQ avec codage mono-utilisateur offre le meilleur compromis entre performance et complexité pour le scénario de petit nombre de sources. Un schéma de codage pratique est proposé et validé à l'aide de simulations MC. / In this thesis, cooperation techniques have been studied for Multiple Access Multiple Relay Channel, consisted of at least two sources which communicate with a single destination with the help of at least two half-duplex relaying nodes. Time Division Multiplexing is assumed. First, the link adaptation algorithm is performed at the centralised scheduler. Sources transmit in turns in consecutive time slots during the first transmission phase. In each time slot of the second phase, the destination schedules a node to transmit redundancies, implementing a cooperative Hybrid Automatic Repeat reQuest (HARQ) protocol, where bidirectional limited control channels are available from sources and relays towards the destination. In the first part of the thesis, centralized node selection strategies are proposed for the second phase. The scheduling decisions are made based on the knowledge of the correctly decoded source sets of each node, with the goal to maximize the average spectral efficiency. An information outage analysis is conducted and Monte-Carlo (MC) simulations are performed to evaluate their performance. In the second part, a slow-link adaptation algorithm is proposed which aims at maximizing the average spectral efficiency under individual QoS targets for a given modulation and coding scheme family relying on the reported Channel Distribution Information of all channels. Discrete source rates are first determined using the "Genie-Aided" assumption, which is followed by an iterative rate correction algorithm. The resulting link adaptation algorithm yields performance close to the exhaustive search approach as demonstrated by MC simulations. In the third part, performances of Incremental Redundancy (IR) HARQ with Single and Multi User encoding, as well as the Chase Combining HARQ with Single User encoding are compared. MC simulations demonstrate that IR-HARQ with Single User encoding offers the best trade-off between performance and complexity for a small number of sources in our setting. Practical coding scheme is proposed and validated using MC simulations.

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In 2008, the European Digital Video Broadcasting (DVB) standardization committee issued the second generation of Digital Video Broadcasting-Terrestrial (DVB-T2) standard in order to enable the wide broadcasting of high definition and 3D TV programmes. DVB-T2 has adopted several new technologies to provide more robust reception compared to the first genaration standard. One important technology is the bit interleaved coded modulation (BICM) with doubled signal space diversity plus the usage of low-density parity check (LDPC) codes. Both techniques can be combined at the receiver side through an iterative process between the decoder and demapper in order to further increase the system performance. The object of my study was to design and prototype a DVB-T2 receiver which supports iterative process. The two main contributions to the demapper design are the proposal of a linear approximation of Euclidean distance computation and the derivation of a sub-region detection algorithm for the two-dimensional demapper. Both contributions allows the computational complexity of the demapper to be reduced for its hardware implementation. In order to enable iterative processing between the demapper and the decoder, we investigated the use of vertical shuffled Min-Sum LDPC decoding algorithm. A novel vertical shuffled iterative structure aiming at reducing the latency of iterative processing and the corresponding architecture of the decoder were proposed. The proposed demapper and decoder have been integrated in a real DVB-T2 demodulator and tested in order to validate the efficiency of the proposed architecture. The prototype of a simplified DVB-T2 transceiver has been implemented, in which the receiver supports both non-iterative process and iterative process. We published the first paper related to a DVB-T2 iterative receiver.

L'étude vise à évaluer l'exposition professionnelle au bruit des travailleurs d'une plateforme gazière en Algérie et à mettre en évidence des déterminants influençant cette exposition. Des groupes d'exposition homogène (GEH) ont été constitués sur la base de ressemblances quant à l'exposition au bruit, aux titres d'emploi et aux lieux de travail. Deux stratégies d'échantillonnage ont été suivies, la première selon la norme internationale ISO 9612 : 2009 et la seconde selon la stratégie aléatoire de l'AIHA. Pour les deux approches, les niveaux de bruit (Lex, 8h, niveaux d'exposition au bruit pondéré (A) ajustés à une journée de travail de 8 heures) des opérateurs et des superviseurs étaient généralement > 85 dB(A) alors que pour les techniciens-tableau, les niveaux de bruit (Lex, 8h) étaient en tout temps < 85 dB(A). Pour les trois GEH du titre d'emploi des maintenanciers, il y a eu régulièrement des dépassements de la valeur de référence. Plusieurs travailleurs oeuvrant sur les plateformes gazières sont exposés à des niveaux importants de bruit et sont à risque de développer des problèmes auditifs. / The study aims to evaluate workers'noise exposure from an onshore gas platform in Algeria, and to emphasize the determinants influencing the exposure. Exposure groups were formed based on their work category and job location. Two sampling strategies were followed. The first was according to the international standard ISO 9612: 2009, and the second, according to the AIHA random strategy. For both strategies, the noise level (Lex, 8h, levels of exposure to noise ratio (A) for a working day of 8-hour) for operators and supervisors was usually > 85 dB(A) whereas the noise level for the technicians exposed in the distributed control system (DCS) was < 85 dB(A) at all times. The three HEG belonging to the maintenance technician group regularly exceeded the reference value of 85 dB(A). We concluded that employees working on the gas platform are exposed to significant noise level, and are at risk of developing hearing problems

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. / Diversity provides an efficient method for combating multipath fading in mobile radio systems. One of the most common forms of spatial diversity is multiple-input multipleoutput (MIMO), where full diversity is obtained. However, embedding multiple antennas at the transmitter or the receiver can sometimes be expensive. As an alternative to collocated antennas, cooperative diversity in wireless multi-hop networks confirms their ability to achieve spatial diversity gains by exploiting the spatial diversity of the traditional MIMO techniques, without each node necessarily having multiple antennas. In addition, cooperative diversity has been shown to provide the network with importantthroughput, reduced energy requirements and improved access coverage.In light of this, the objective of this thesis is to devise coding schemes suitable for relay channels that aim at showing the best compromise between performance of diversity and coding gains. Firstly, we investigate a distributed turbo coding scheme dedicated to L-relay channels operating in the soft-decode-and-forward mode. Then, we present a proposed distributed turbo coded cooperative (DTCC) scheme, called parallel concatenated convolutional-based distributed coded cooperation. Finally, we investigate antenna/soft-relaying selection for DTCC networks in order to improve their end-to-end performance. Assuming BPSK transmission for fully interleaved channels with ideal channel state information, we define the explicit upper bounds for error probability inRayleigh fading channels with independent fading. Both theoretical limits and simulation results are presented to demonstrate the performances.