Nouvelles techniques de codage spatio-temporel avec des modulations codées à bits entrelacés

This thesis report describes new designs for transmitters and receivers of bit-interleaved coded modulations over multiple antenna channels. The objective is to achieve near Shannon capacity performance over ergodic channels and near outage probability performance over block fading channels. Iterative joint detection and decoding are applied in the aim of achieving near maximum likelihood performance. Design criteria are derived for each block optimization from the error performance expressions under the ideal interleaving assumption. First, we describe the binary mapping optimization for ergodic channels by introducing the new concept of multidimensional mapping that provides large amount of coding gain. We achieve near capacity performance either with turbo-codes or with multi-dimensional mappings associated with a simple code. Then, we present the bit-interleaved coded modulation with linear precoding as a Space-Time code for multiple antenna block fading channels. We show that the channel interleaver is the fundamental part of the bit-interleaved coded modulation calling the shots about the achieved diversity. We describe the linear precoding optimality condition and a class of quasi-optimal linear precoders. The minimal linear precoder size providing full diversity is deduced from a modified Singleton bound applied to the global Euclidean code. We show that full diversity and quasi-optimal coding gains are observed for a given error correcting code. Finally, we achieve near outage capacity performance thanks to turbo-codes. Next, iterative joint detection and decoding techniques are considered, we describe a near optimum soft-input soft-output list sphere decoder which allows the computation of a posteriori probabilities for very high spectral efficiency transmitter schemes with reduced complexity.Ce rapport de thèse présente de nouvelles méthodes d'émission et de réception basées sur les modulations codées à bits entrelacés et optimisées pour les canaux à antennes multiples. Le premier objectif de cette thèse est par conséquent d'atteindre des performances proches de la capacité au sens de Shannon pour les canaux ergodiques. Nous cherchons ensuite à obtenir des taux d'erreur proches de la capacité de coupure du canal à antennes multiples subissant des évanouissements par blocs. Un traitement itératif de détection et de décodage conjoints est effectué dans l'objectif d'atteindre les performances d'un récepteur à maximum de vraisemblance. Les critères de conception de chaque organe de la modulation codée sont déduits des expressions des performances calculées sous la contrainte d'optimalité de l'entrelaceur. Nous présentons dans un premier temps des optimisations de l'étiquetage binaire et introduisons la notion d'étiquetage multidimensionnel. Sur les canaux à antennes multiples ergodiques, des performances proches de la capacité de Shannon sont aussi bien atteintes en utilisant des turbo-codes que des étiquetages optimisés couplés à des codes correcteurs élémentaires. Dans le cas des canaux à antennes multiples et évanouissements par blocs, la modulation codée à bits entrelacés est un code spatio-temporel. Nous montrons que l'entrelaceur de canal est la pièce maîtresse du système, dictant sa loi quant à l'ordre de diversité observé au récepteur. Nous introduisons des précodeurs linéaires à l'émission, dérivons un critère d'optimalité pour leur conception, et présentons une classe de précodeurs quasi optimaux. Le facteur d'étalement spatio-temporel minimal garantissant une diversité maximale est déduit de la borne de Singleton appliquée au code euclidien global. Nous montrons que les diversités maximales et gains de codage quasi optimaux sont atteints pour chaque configuration de canal et pour un code correcteur donné. Des performances proches de la capacité de coupure du canal sont obtenues grâce à l'utilisation de turbo-codes. Finalement, nous présentons un détecteur à entrées souples et à sorties souples quasi optimal et à complexité réduite pour les modulations à hautes efficacités spectrales transmises sur des canaux à antennes multiples