Systèmes de communications multi-utilisateurs : de la gestion d'interférence au codage réseau

This work is dedicated to the analysis, design and performance evaluation of physical layer network coding strategies in multiuser communication systems. The first part is devoted to study the compute-and-forward protocol in the basic multiple access channel. For this strategy, we propose an optimal solution to design efficient network codes based on solving a lattice shortest vector problem. Moreover, we derive novel bounds on the ergodic rate and the outage probability for the CF operating in fast and slow fading channels respectively. Besides, we develop novel decoding algorithms proved numerically to outperform the traditional decoding scheme for the CF. The second part is dedicated to the design and end-to-end performance evaluation of network codes for the CF and the analog network coding in the two-way relay channel and the multi-source multi-relay channel. For each network model we study the decoding at the relay nodes and the end destination, propose search algorithms for optimal network codes for the CF and evaluate, theoretically and numerically, the end-to-end error rate and achievable transmission rate. In the last part, we study new decoders for the distributed MIMO channel termed integer forcing (if). Inspired by the CF, if receivers take advantage of the interference provided by the wireless medium to decode integer linear combinations of the original codewords. We develop in our work efficient algorithms to select optimal if receivers parameters allowing to outperform existing suboptimal linear receiversCe travail est dédié à l'analyse, la conception et l'évaluation des performances des schémas de codage de réseaux pour les systèmes des communications multi-terminaux. Nous étudions en premier lieu le protocole « compute-and-forward » dans le canal à accès multiples. Nous proposons un critère de construction de codes de réseaux efficaces pour cette stratégie basé sur la résolution d'un problème du vecteur le plus court d'un réseau de points. En addition, nous développons de nouveaux algorithmes de décodage prouvés numériquement plus performants que le décodeur existant du CF. La deuxième partie concerne l'implémentation du protocole CF dans le canal à relais bidirectionnel et le canal à sources et relais multiples. Nous développons des algorithmes de construction de schémas de codage pour le CF et évaluons théoriquement et par simulations numériques leurs performances. La dernière partie concerne le canal MIMO distribué et en particulier une nouvelle architecture de décodeurs « integer forcing » inspirés par le protocole CF. Nous proposons de nouveaux algorithmes de construction des paramètres optimaux de ces décodeurs et montrons par simulations qu'ils apportent un gain significatif par rapport aux récepteurs linéaires existant