Systèmes MIMO précodés optimisant la distance minimale : étude des performances et extension du nombre de voies

In wireless communications, the Multiple-Input Multiple-Ouput (MIMO) systems constitute an efficient way to significantly enhance data transmission according to two main, though antagonistic, parameters: the spectral efficiency and reliability assessed from the average binary error probability (BEP). With such systems the knowledge of the channel state information (CSI) at the transmitter side is paramount to lower reduce the BEP through different strategies of power allocation. Indeed, once the CSI has been fully (or perfectly) known, a linear precoder at the transmit side and a linear decoder at the receive side can be designed for subsequent association by optimising one among the following criteria : minimum mean square error (MMSE), equal error (EE), post-processing signal-to-noise ratio maximization (max-SNR) or quality of service (QoS). Their respective optimisations have led to a family of diagonal precoders : the MIMO system is equivalent to independant SISO subchannels. Recently, a new no-diagonal precoder designed within our laboratory optimizes the minimal Euclidean distance between receive symbols. This thesis work was aimed at estimating the BEP of this precoder for comparison with other methods (Alamouti's code and diagonal precoders). We demonstrated the maximal diversity order of the max-dmin, and then gave a tight BEP approximation. Moreover, the spatial dimensions and the final cost of a MIMO device were reduced by associating of the precoder max-dmin with polarity diversity. Despite the correlation induced by this system, the max-dmin performances are still worth being considered. We also proposed an extension of the max-dmin to more than two ub-channels in order to exploit larger MIMO systems.Les systèmes multi-antennaires (Multiple-Input Multiple-Ouput ou MIMO) dans le domaine des communications numériques permettent d'améliorer la transmission des données selon deux principaux paramètres souvent antagonistes : le débit d'information et la fiabilité de transmission estimée en terme de probabilité d'erreurs binaire moyenne (PEB). Avec de tels systèmes, la connaissance du canal à l'émission (Channel State Information ou CSI) est un point-clé pour diminuer la PEB grâce à différentes stratégies d'allocations de puissance. Ainsi, un précodeur linéaire à l'émission associé à un décodeur linéaire à la réception peuvent optimiser un critère particulier grâce à cette information. Il en résulte une famille importante de précodeurs dénommée «précodeurs diagonaux» : le système MIMO est équivalent à des sous-canaux SISO indépendants. Les critères optimisés sont par exemple la minimisation de l'erreur quadratique moyenne (EQMM), la maximisation de la capacité (WF), obtenir des PEB égales pour tous les flux de données (EE), la maximisation du RSB post-traitement (max-SNR) ou la qualité de service (QdS). L'équipe TST a récemment élaboré un nouveau précodeur non diagonal basé sur la maximisation de la distance minimale entre symboles de la constellation de réception (max-dmin ). L'enjeu de cette thèse est d'estimer les performances en terme de PEB de ce nouveau précodeur et de les comparer avec les méthodes existantes à savoir le code d'Alamouti et les précodeurs diagonaux. Nous nous sommes intéressés en particulier à la démonstration de l'ordre de diversité maximal du max-dmin puis à la détermination d'une bonne approximation de sa PEB. Le précodeur max-dmin est ensuite associé à de la diversité de polarisation permettant de réduire le coût et l'occupation spatiale d'un système MIMO. Malgré l'introduction de corrélation, les performances proposées par le max-dmin demeurent intéressantes. Nous avons ensuite proposé une extension du précodeur max-dmin permettant de supprimer la limitation à deux sous-canaux : les grands systèmes MIMO sont mieux exploités avec plus de deux sous-canaux