Dans cette these, nous menons une etude dans le cadre de la theorie de l'information sur deux questions importantes de la communication sans fil : l'amelioration du debit de donnees dans les reseaux avec interference grâce a la cooperation entre utilisateurs et le renforcement de la securite des transmissions a l'aide d'un signal de retroaction.Dans la premiere partie de la these, nous nous concentrons sur le modele le plus simple qui integre a la fois l'interference et la cooperation, le canal a relais et interference ou IRC (Interference Relay Channel). Notre objectif est de caracteriser dans un nombre fixe de bits la region de capacite du IRC gaussien. A cette fin, nous derivons une nouvelle limite superieure de la capacite et deux strategies de transmission. La limite superieure est notamment obtenue grâce a une extension non triviale que nous proposons, de la classe de canaux semi-deterministe et injective a l'origine derivee par Telatar et Tse pour le canal a interference.Dans la seconde partie, nous etudions le canal avec espion et retroaction generalisee ou WCGF (Wiretap Channel with Generalized Feedback). Notre objectif est de developper une strategie de transmission generale qui englobe les resultats existants pour les differents modeles de retroaction trouves dans la litterature. A cette fin, nous proposons deux strategies de transmission differentes sur la capacite du WCGF sans memoire. Nous derivons d'abord une strategie qui est basee sur le codage source-canal conjoint. Nous introduisons ensuite une seconde strategie ou le signal de retroaction est utilise pour generer une cle secrete qui permet de chiffrer le message partiellement ou totalement.
Dans cette these, nous menons une etude dans le cadre de la theorie de l'information sur deux questions importantes de la communication sans fil : l'amelioration du debit de donnees dans les reseaux avec interference grâce a la cooperation entre utilisateurs et le renforcement de la securite des transmissions a l'aide d'un signal de retroaction.Dans la premiere partie de la these, nous nous concentrons sur le modele le plus simple qui integre a la fois l'interference et la cooperation, le canal a relais et interference ou IRC (Interference Relay Channel). Notre objectif est de caracteriser dans un nombre fixe de bits la region de capacite du IRC gaussien. A cette fin, nous derivons une nouvelle limite superieure de la capacite et deux strategies de transmission. La limite superieure est notamment obtenue grâce a une extension non triviale que nous proposons, de la classe de canaux semi-deterministe et injective a l'origine derivee par Telatar et Tse pour le canal a interference.Dans la seconde partie, nous etudions le canal avec espion et retroaction generalisee ou WCGF (Wiretap Channel with Generalized Feedback). Notre objectif est de developper une strategie de transmission generale qui englobe les resultats existants pour les differents modeles de retroaction trouves dans la litterature. A cette fin, nous proposons deux strategies de transmission differentes sur la capacite du WCGF sans memoire. Nous derivons d'abord une strategie qui est basee sur le codage source-canal conjoint. Nous introduisons ensuite une seconde strategie ou le signal de retroaction est utilise pour generer une cle secrete qui permet de chiffrer le message partiellement ou totalement.
Dans cette these, nous menons une etude dans le cadre de la theorie de l'information sur deux questions importantes de la communication sans fil : l'amelioration du debit de donnees dans les reseaux avec interference grâce a la cooperation entre utilisateurs et le renforcement de la securite des transmissions a l'aide d'un signal de retroaction.Dans la premiere partie de la these, nous nous concentrons sur le modele le plus simple qui integre a la fois l'interference et la cooperation, le canal a relais et interference ou IRC (Interference Relay Channel). Notre objectif est de caracteriser dans un nombre fixe de bits la region de capacite du IRC gaussien. A cette fin, nous derivons une nouvelle limite superieure de la capacite et deux strategies de transmission. La limite superieure est notamment obtenue grâce a une extension non triviale que nous proposons, de la classe de canaux semi-deterministe et injective a l'origine derivee par Telatar et Tse pour le canal a interference.Dans la seconde partie, nous etudions le canal avec espion et retroaction generalisee ou WCGF (Wiretap Channel with Generalized Feedback). Notre objectif est de developper une strategie de transmission generale qui englobe les resultats existants pour les differents modeles de retroaction trouves dans la litterature. A cette fin, nous proposons deux strategies de transmission differentes sur la capacite du WCGF sans memoire. Nous derivons d'abord une strategie qui est basee sur le codage source-canal conjoint. Nous introduisons ensuite une seconde strategie ou le signal de retroaction est utilise pour generer une cle secrete qui permet de chiffrer le message partiellement ou totalement.
Dans cette thèse, nous menons une étude dans le cadre de la théorie de l'information sur deux questions importantes de la communication sans fil : l'amélioration du débit de données dans les réseaux avec interférence grâce à la coopération entre utilisateurs et le renforcement de la sécurité des transmissions à l'aide d'un signal de rétroaction.Dans la première partie de la thèse, nous nous concentrons sur le modèle le plus simple qui intègre à la fois l'interférence et la coopération, le canal à relais et interférence ou IRC (Interference Relay Channel). Notre objectif est de caractériser dans un nombre fixe de bits la région de capacité du IRC gaussien. À cette fin, nous dérivons une nouvelle limite supérieure de la capacité et deux stratégies de transmission. La limite supérieure est notamment obtenue grâce à une extension non triviale que nous proposons, de la classe de canaux semi-déterministe et injective à l'origine dérivée par Telatar et Tse pour le canal à interférence.Dans la seconde partie, nous étudions le canal avec espion et rétroaction généralisée ou WCGF (Wiretap Channel with Generalized Feedback). Notre objectif est de développer une stratégie de transmission générale qui englobe les résultats existants pour les différents modèles de rétroaction trouvés dans la littérature. À cette fin, nous proposons deux stratégies de transmission différentes sur la capacité du WCGF sans mémoire. Nous dérivons d'abord une stratégie qui est basée sur le codage source-canal conjoint. Nous introduisons ensuite une seconde stratégie où le signal de rétroaction est utilisé pour générer une clé secrète qui permet de chiffrer le message partiellement ou totalement.
Limites fondamentales des communications dissimulées sur canaux à bruit additif La sécurité de la couche physique vise à exploiter le caractère aléatoire inhérent aux canaux de communication afin de garantir la confidentialité même contre des attaquants avec une capacité de calcul illimitée. Dans cette thèse, nous nous concentrons sur les communications dissimulées, également appelées “communications à faible probabilité de détection”. Il s'agit d'un scénario où l'émetteur et le récepteur tentent d'empêcher un espion de deviner si une communication est en cours ou non. Nous supposons que le récepteur et l'écouteur observent les mêmes sorties de canal.Dans ce scénario, l'émetteur partage une clé avec le récepteur légitime afin de lui donner l'avantage nécessaire pour détecter la communication et décoder le message. Asymptotiquement, la quantité d'informations qui peut être envoyée de manière fiable et dissimulée est proportionnelle à la racine carrée du nombre d'utilisations du canal de communication; ce phénomène est connu comme la square root law des communications dissimulées.Nous étudions la constante de proportionnalité correspondant à la square root law pour une classe générale de canaux de communication avec bruit additif non gaussien, ainsi que des canaux gaussiens avec mémoire. Dans ce dernier cas, nous montrons que la constante de proportionnalité est la même que pour le canal gaussien sans mémoire. Pour les canaux continus sans mémoire, sous certaines conditions d'intégrabilité, nous montrons que la constante de proportionnalité admet comme borne supérieure une expression simple qui dépend seulement de la variance du logarithme de la densité de probabilité du bruit. De plus, nous montrons que sous certaines hypothèses supplémentaires, cette borne supérieure devient une égalité. Nous prouvons également des bornes supérieures sur la longueur de la clé secrète nécessaire pour communiquer de manière dissimulée.Le deuxième objectif de ce travail est d'étudier les limites fondamentales des communications dissimulées pour des canaux continus sans mémoire en longueur finie. Nous fournissons des bornes pour les asymptotiques de premier et de second ordre des communications dissimulées sur un canal AWGN selon un critère de probabilité d'erreur maximale, ainsi que pour l'asymptotique de premier ordre selon un critère de probabilité d'erreur moyenne.
La théorie de l'information multipartite étudie les problèmes de communication avec plusieurs émetteurs, plusieurs récepteurs et des stations relais. L'objectif de cette thèse est d'étendre les idées centrales de la théorie de l'information classique à l'étude des canaux quantiques. Nous allons nous intéresser aux scénarios de communication suivants: les canaux quantiques à accès multiples, les canaux quantiques à interférence, les canaux quantiques de diffusion et les canaux quantiques à relais. Dans chacun des ces scénarios de communication, nous caractérisons les taux de communication réalisables pour l'envoi d'information classique sur ces canaux quantiques. La modélisation quantique des canaux de communication est importante car elle fournit une représentation plus précise de la capacité du canal à transmettre l'information. En utilisant des modèles physiquement réalistes pour les sorties du canal et la procédure de détection, nous obtenons de meilleurs taux de communication que ceux obtenus dans un modèle classique. En effet, l'utilisation de mesures quantiques collectives sur l'ensemble des systèmes physiques en sortie du canal permet une meilleure extraction d'information que des mesures indépendantes sur chaque sous-système. Nous avons choisi d'étudier les canaux à entrée classique et sortie quantique qui constituent une abstraction utile pour l'étude de canaux quantiques généraux où l'encodage est restreint au domaine classique.Nous étudions le régime asymptotique où de nombreuses copies de du canal sont utilisées en parallèle, et les utilisations sont indépendantes. Dans ce contexte, il est possible de caractériser les limites absolues sur la transmission d'information d'un canal, si on connait les statistiques du bruit sur ce canal. Ces résultats théoriques peuvent être utilisées comme un point de repère pour évaluer la performance des protocoles de communication pratiques. Nous considérons surtout les canaux où les sorties sont des systèmes quantiques de dimension finie, analogues aux canaux classiques discrets. Le dernier chapitre présente des applications pratiques de nos résultats à la communication optique, où systèmes physiques auront des degrés de liberté continus. Ce contexte est analogue aux canaux classiques avec bruit gaussien.
Théorie de l'information et apprentissage par renforcement appliqués aux réseaux sans fil intégrant des utilisateurs furtifs et non-furtifs Bien que les algorithmes de cryptographie garantissent la sécurité des données transmises, ils s'avèrent souvent inadaptés pour les dispositifs de l'Internet des objets (IoT) en raison de leurs capacités de traitement limitées et de leur autonomie restreinte. Face à ces défis, les techniques de sécurité couche physique, notamment les communications furtives, se présentent comme une solution prometteuse pour sécuriser les communications des IoT. Malgré son fort potentiel, la recherche actuelle sur les communications furtives s'est majoritairement concentrée sur des systèmes exclusivement composés d'utilisateurs furtifs. Cette thèse comble ce gap en explorant les limites fondamentales des systèmes de communication réunissant ces deux types d'utilisateurs, et démontre quand et comment les utilisateurs non furtifs peuvent contribuer à l'amélioration des communications furtives. De surcroît, nous précisons le taux exact de clé secrète nécessaire pour assurer une communication furtive à un débit donné, enrichissant ainsi les résultats antérieurs sur les configurations à utilisateur unique et à utilisateurs multiples. Dans un autre volet de cette thèse, nous examinons l'approche cœur des systèmes de communication modernes, qui sont davantage plus axés sur la sémantique et les objectifs. Nous identifiant les schémas de codage optimaux qui respectent cette exigence. Ces résultats théoriques sont validés par des techniques d'apprentissage profond, montrant que la communication sémantique furtive est garantie uniquement lorsque les contraintes théoriques établies sont respectées. Enfin, nous élargissons notre champ de recherche aux configurations incluant des utilisateurs furtifs et non furtifs dans des réseaux à accès multiple non orthogonal dans un canal à bruit blanc additif gaussien. En exploitant l'apprentissage par renforcement, nous développons des politiques d'allocation de ressources efficaces, optimisant les performances dans ces environnements complexes, tout en prenant en compte des contraintes réelles telles que l'information imparfaite sur l'état des canaux et les limitations énergétiques.
Dans cette thèse, les limites fondamentales de la transmission simultanée d’information et d’énergie sont étudiées sous deux perspectives : le régime asymptotique et le régime non-asymptotique. Pour le régime asymptotique, les limites fondamentales de la transmission simultanée d’information et d’énergie dans le canal Gaussien à interférence (G-IC) avec et sans voie de retour sont déterminées. Un ensemble des débits atteignables de transmission d’information et d’énergie (en bits par utilisation du canal et en unités d’énergie par utilisation du canal respectivement) est identifié. Pour les deux cas, un schéma de faisabilité basé sur division de puissance, des variable aléatoire en commun, division de débit, codage superposé en block du Markov , et décodage en arrière est présenté. Finalement, une région converse pour les deux cas est obtenue en utilisant des techniques de majoration dans la littérature pour les débits d’information et aussi un majorant pour le débit d’énergie en utilisant la loi des grands nombres. Deuxièmement, le problème d’introduction d’un récepteur d’énergie dans le canal binaire symétrique est présenté. Pour ce problème, une borne de faisabilité et une borne d’impossibilité sont obtenues dans le régime non-asymptotique. Ces deux bornes caractérisent le nombre maximal de bits d’information et d’énergie qui peuvent être introduits de manière furtive pour le canal binaire symétrique.