Design and performance bounds of future mobile receivers

Conception et performance limites pour les futurs récepteurs mobiles Les systèmes de communications MIMO (Multiple Input Multiple Output) ainsi que leur récente version à grande-échelle, appelée MIMO massive, sont considérés comme des technologies potentielles pour les standards de communication sans fil actuels et futurs, grâce à leurs puissantes capacités d’amélioration des performances. Néanmoins, afin d’exploiter pleinement tous leurs potentiels, une grande attention doit être accordée aux opérations d’identification du système et d’égalisation des canaux de transmission, qui restent une préoccupation actuelle. Dans ce contexte, la principale contribution de cette thèse s’inscrit dans le cadre de l’identification des systèmes de communication, à travers l’estimation des canaux, ainsi que l’égalisation des canaux via les techniques de séparation de sources, et ce pour des modèles de communications linéaires et non linéaires. Ainsi, en adoptant des approches semi-aveugles, des analyses de performances ainsi que le développement d’algorithmes efficaces sont mis en avant en considérant différents contraintes/problèmes tels que la contamination des pilotes, rencontrés principalement dans les systèmes MIMO massifs, les effets des non-linéarités ainsi que les interférences inter-symboles et inter-utilisateurs .En plus, pour un meilleur gain en performance, l’accent est mise aussi sur l’exploitation des a priori sur les systèmes tels que les séquences d’entraînement (pilotes), la sparcité du canal et la structure de la matrice de données. Pour ce faire, une analyse des performances limites est réalisée à travers les bornes de Cramèr-Rao (CRB : Cramèr-Rao Bounds) ; et qui démontre l’efficacité des techniques semi-aveugles pour surmonter le problème de la contamination des pilotes dans les systèmes MIMO-OFDM (MIMO Orthogonal frequency-Division Multiplexing) massifs. Cette efficacité est démontrée pour le cas de cellules synchrones et non-synchrones dans un réseau cellulaire. Cette étude nous a motivé à adopter les approches semi-aveugles pour l’égalisation des canaux et la détection des données via des techniques de séparation de sources. Une solution basée sur les modules multiples (MM : Multi-Modulus) est proposée pour démixer des mélanges instantanés dans des systèmes MIMO massifs. En l’absence d’informations préalables sur le canal de communication, une optimisation d’une fonction coût semi-aveugle est effectuée de manière itérative avec un pas optimisé. Cette solution est ensuite étendue au cas des systèmes x de communication MIMO-OFDM massifs (modèle convolutif), où nous estimons une matrice de séparation indépendamment de la sous-porteuse. Les deux solutions présentent des performances intéressantes sous l’effet de la contamination des pilotes. Aussi, en considérant des a priori sur le système, tels que les pilotes; la parcimonie du canal et la structure de la matrice de données, nous mettons en avant l’estimation conjointe du canal de transmission parcimonial et des données sous forme d’un problème d’optimisation. La solution semi-aveugle proposée est basée sur l’approche d’approximation convexe successive (SCA : Successive Convex Approximation), où l’optimisation est effectuée sur un problème approximatif convexe, plutôt que sur le problème original non convexe, avec convergence garantie vers un point stationnaire...