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This thesis is devoted to exploit the non-circularity and non-gaussianity properties of signals of interest (SOI) and/or interference for wireless transmissions and passive listening. In the first part of this thesis, we are interested in the extension of conventional SIMO-MLSE receivers to new architectures exploiting the potential second order non-circularity of co-channel interference (CCI), for the demodulation of rectilinear signals (BPSK, ASK), quasi-rectilinear (MSK, GMSK and OQAM) and quadrature amplitude modulation (QAM). The general architecture of the developed receivers is based on a pre-processing with a widely linear (WL) extension of the spatio-temporal matched filter, bringing the demodulation processing back to a scalar problem, a sampling at the symbol rate and then a decision block based on a modified version of the Viterbi algorithm. For the particular case of the quasi-rectilinear signals, a derotation processing is interposed between the sampler and the decision block. A work on equivalent discrete time modeling of SOI, interferers and background noise has been carried out in order to create simulation models as for the validation of the interpretable analytic SINR expressions, by the evaluation of the symbol error rates. In a second part, we are interested to the beamforming through complex Volterra structures of the third order. These structures allow us the exploitation of the non-circularity up to the sixth order as well as the non-gaussian nature of the SOI and/or the interferences. For passive listening applications, we have introduced a third-order Volterra MVDR beamformer using only a priori information of SOI steering vector and implemented by an equivalent GSC structure. We have studied its performance, in particular by interpretable closed-form expressions as functions of statistics of the interference, and by its speed of learning, thus proving its advantages with respect to the conventional linear and WL MVDR beamformers. For wireless communications applications, we have studied an MMSE version of this complex Volterra beamformer of the third order that takes into account of the non-circularity up to the sixth order as well as the non-gaussian nature of the SOI and interference. The last part of this thesis is devoted to the robustness of rectilinearity tests in the presence of frequency offset. These tests are important for adjusting the processing (linear or WL) as a function of the rectilinearity of the signals in order to guarantee the best performance/convergence rate ratio of algorithms, Cette thèse est consacrée à l’exploitation des propriétés de non-circularité et de non-gaussianité des signaux d’intérêt (SOI) et/ou des interférences pour les transmissions sans fil et l’écoute passive. Dans une première partie de cette thèse, nous nous intéressons à l’extension des récepteurs SIMO-MLSE conventionnels vers de nouvelles architectures exploitant la potentielle non-circularité au second ordre des interférences co-canal (CCI), pour la démodulation de signaux rectilignes (BPSK, ASK), quasi-rectilignes (MSK, GMSK et OQAM) et à symboles complexes (QAM). L’architecture générale des récepteurs développés est basée sur un prétraitement avec une extension widely linear (WL) du filtre adapté spatio-temporel, ramenant le traitement de démodulation à un problème scalaire, un échantillonnage au rythme symbole et ensuite un organe de décision basé sur une version modifiée de l’algorithme de Viterbi. Pour le cas particulier des signaux quasi-rectiligne, on intercale un traitement de dérotation entre l’échantillonneur et l’organe de décision. Un travail de modélisation à temps discret des SOI, brouilleurs et du bruit de fond a été mené afin de créer des modèles de simulations pour la validation des expressions SINR analytiques interprétables, via l’évaluation des probabilités d’erreur symboles. Dans une deuxième partie, nous nous intéressons à la formation de voies (Beamforming) non-linéaire à travers des structures de Volterra complexe du troisième ordre. Ces dernières permettent l’exploitation de la non-circularité jusqu’au sixième ordre ainsi que du caractère non-gaussien des SOI et/ou des interférences. Dans le contexte de l’écoute passive, nous avons introduit un beamformer MVDR de Volterra du troisième ordre utilisant la seule information a priori du vecteur directionnel du SOI et implémentable grâce à une structure équivalente GSC. Nous avons étudié ses performances en particulier par l’évaluation analytique des expressions du SINR en fonction des statistiques de l’interférence, et par sa vitesse d’apprentissage, démontrant ainsi sa supériorité par rapport aux beamformers MVDR linéaire et WL classiques. Dans un contexte de radiocommunications, nous avons étudié une version MMSE de ce beamformer de Volterra complexe du troisième ordre qui prend lui en compte les propriétés statistiques de non-circularité jusqu’au sixième ordre et de non-gaussianité du SOI et du CCI. La dernière partie de cette thèse est consacrée à la robustesse de tests de détection de rectilinéarité de signaux en présente d’offsets de fréquence. Ces tests sont importants pour ajuster la nature du traitement (linéaire ou WL) en fonction de la rectilinéarité des signaux, afin de garantir le meilleur rapport performance/temps de convergence des algorithmes

It has been recently proved that in the presence of a rectilinear signal of interest (SOI) and a co-channel interference (CCI), received on a single antenna, the rejection of a strong interference can be greatly improved by the use of a MMSE third-order complex Volterra filter in place of a MMSE widely linear filter (WL). This improvement is achieved by exploiting both the non-Gaussiannity and the non-circularity of the signals up to the 6th-order, rather than the second-order non-circularity exploited by the WL filters. This makes it possible, at least for BPSK signals, the exploitation of the amplitude discrimination in addition to the phase discrimination between the signals. The aim of this contribution is to examine whether these properties remain valid for second-order circular signals, ubiquitous in radiocommunications, Il a été démontré récemment qu'en présence de signaux rectilignes, respectivement utile (SOI) et interférant (CCI), captés par une seule antenne, la réjection d'une interférence forte peut être fortement améliorée par l'utilisation d'un filtre de Volterra complexe du 3ème ordre MMSE à la place d'un filtre widely linear (WL) MMSE. Cette amélioration est obtenue en exploitant à la fois la non gaussiannité et la non circularité des signaux aux ordres 2, 4 et 6 plutôt que la seule non-circularité à l'ordre 2 exploitée par les filtres WL. Cela permet, au moins pour des signaux BPSK, l'exploitation d'une discrimination d'amplitude en plus d'une discrimination de phase entre les signaux. Le but de cette contribution est d'examiner si ces propriétés restent valables pour des signaux circulaires au second-ordre, omniprésents en radiocommunications

International audience; This paper derives the maximum likelihood sequence estimation (MLSE) single input multiple output (SIMO) receiver for the demodulation of a quadrature amplitude modulated (QAM) signal of interest (SOI) corrupted by inter-symbol interference (ISI) and total noise composed of co-channel (CCI) interference and background noise. The receiver is derived under the assumption of a zero-mean, potentially noncircular, stationary, temporally and spatially colored Gaussian total noise. It is proved that this receiver is composed of a widely linear filter followed by a sampling operation at the symbol rate and a ML decision box implementing a modified version of the Viterbi algorithm. This WL filter is interpreted as a spatio-temporal matched filter (STMF) which maximizes the signal to interference plus noise ratio (SINR) on the current symbol. The case of quasi rectilinear modulation is also considered, where the MLSE receiver is proved to have a similar structure provided post rotation processing. Despite the fact that in practice, CCI are cyclostationary and non Gaussian, it is shown that the proposed receiver outperforms the conventional ones for cyclostationary and noncircular CCI.; Cet article présente le récepteur mono entrée multiples sorties (SIMO) optimal au sens du maximum de vraisemblance de séquence pour la détection de modulation d’amplitude en quadrature en présence à la fois d’interférences inter symboles (ISI) et d’un bruit total composé d’interférences co-canal (CCI) et d’un bruit de fond. Ce récepteur est développé sous l’hypothèse d’un bruit total centré gaussien, potentiellement non circulaire, stationnaire et coloré. Il est démontré que ce récepteur est composé d’un filtre widely linear (WL) suivi d’un échantillonnage au rythme symbole et d’une version modifiée de l’algorithme de Viterbi. Ce filtre WL est interprété comme un filtre spatio-temporel adapté (WL STMF) qui maximise le rapport signal à interférence plus bruit (SINR) sur le symbole courant. Le cas des modulations linéaires quasi rectilignes est aussi considéré dans ce cadre, où nous démontrons que le récepteur SIMO MLSE a la même structure moyennant un post-traitement de rotation. En dépit du fait qu’en pratique l’interférence co-canal soit cyclostationnaire et non gaussienne, il est démontré et illustré que le récepteur proposé a de meilleures performances que le récepteur conventionnel en présence d’interférence co-canal circulaire aussi bien stationnaire que cyclostationnaire.