| Summary: | The causal cognitive interference channel (CCIC) has two sender-receiverpairs, in which the second sender obtains information from the firstsender causally and assists the transmission of both senders. In thisthesis, we study both the full- and half-duplex modes. In each mode, wepropose two new coding schemes built successively upon one another toillustrate the impact of different coding techniques. The first scheme,called \emph{partial decode-forward binning} (PDF-binning), combinesthe ideas of partial decode-forward relaying and Gelfand-Pinskerbinning. The second scheme, called \emph{Han-Kobayashi partialdecode-forward binning} (HK-PDF-binning), combines PDF-binning withHan-Kobayashi coding by further splitting rates and applyingsuperposition coding, conditional binning and relaxed joint decoding.In both schemes, the second sender decodes a part of themessage from the first sender, then uses the Gelfand-Pinsker binningtechnique to bin against the decoded codeword, in such a way thatallows both state nullifying and forwarding. For Gaussianchannels, this PDF-binning essentializes to a correlation between thetransmit signal and the binning state, which encompasses thetraditional dirty-paper-coding binning as a special case when thiscorrelation factor is zero. We also provide the closed-form optimalbinning parameter for each scheme.The 2-phase half-duplex schemes are adapted from the full-duplex onesby removing the block Markov encoding, sending different message parts indifferent phases and applying joint decoding across bothphases. Analysis shows that the HK-PDF-binning scheme in both modesencompasses the Han-Kobayashi rate region and achieves both thepartial decode-forward relaying rate for the first sender andinterference-free rate for the second sender. Furthermore, this schemeoutperforms several existing schemes.This thesis further analyzes the maximum rate for the cognitive user while keeping the primal user's rateinterference-free in four special channel settings.In each setting, we investigate the optimal time duration for the first phase transmission and the power allocations.We also study the effect of channel gain parameters on this maximum rate for the cognitive user.Simulation results for different channel parameters verify the analysis and show that the cognitive user can achieve significant rates while not affecting the primary user's rate even in the half-duplex causal mode. === Le canal à interférence cognitif causal (CCIC)est constitué de deux paires émetteurs-récepteurs: le premier émetteur peut transmettre de l'information au second de manière causale, de telle sorte que ce dernier puisse améliorer la communication des deux. Dans cette thèse, nous étudions à la fois les liaisons half- et full-duplex. Pour chacune, nous proposons deux nouveaux codages, construits successivement l'un sur l'autre, dans le but d'illustrer l'impact de chaque technique. Le premier codage, que nous nommerons decode-forward partiel avec binning (PDF-binning), associe la stratégie de relayage par decode-forward partiel à la technique de binning de Gelfand-Pinsker. Le second codage, appelé decode-forward partiel avec binning de Han-Kobayashi (HK-PDF-binning), combinela stratégie PDF-binning avec le codage de Han-Kobayashi: il s'agit ici de diviser le débit plus finement et d'utiliser le codage par superposition, le binning conditionnel et un décodage conjoint mais moins contraignant.Pour ces deux codages, le second émetteur décode seulement une partie du message reçu du premier, puis il applique la technique de binning de Gelfand-Pinsker afin de réduire les interférences générées par les mots de code émis par l'utilisateur primaire, de telle sorte que le message décodé en provenance du premier utilisateur devienne l'état de binning et soit retransmis ainsi sur le canal. Dans le cas des canaux gaussiens, la stratégie de PDF-binning met en lumière la corrélation entre le signal transmis et l'état de binning. La technique classique de binning utilisée dans le ``dirty paper coding'' est alors incluse en tant que cas particulier, lorsque le facteur de corrélation est nul. Puis, nous présentons une solution analytique au problème d'optimisation du paramètre de binning pour chaque stratégie de codage.Les codages pour les liaisons half-duplex, constituées de deux phases de transmission, découlent de leurs homologues full-duplex. La stratégie de codage ne repose plus dans ce cas sur l'encodage en bloc de Markov. Les différents messages sont transmis à des instants distincts, et sont décodés conjointement en considérant les deux phases de transmission. L'étude analytique proposée dans cette thèse démontre que la stratégie HK-PDF-binning inclut la région de capacité de Han-Kobayashi à la fois pour les liaisons half-duplex et full-duplex. Elle permet au premier émetteur de transmettre au débit permis par le decode-forward partiel en même temps qu'elle permet au second de transmettre sans interférence. De plus, les performances de cette stratégie surpassent celles des stratégies existantes.Cette thèse s'intéresse également au débit maximum atteignable par l'utilisateur cognitif lorsque l'utilisateur primaire transmet sans interférence pour quatre situations de canaux. Pour chaque situation, nous recherchons la durée optimale de la première phase, ainsi que les allocations de puissance. Nous analysons également l'impact des différents paramètres de canaux sur ce débit maximum pour l'émetteur cognitif. Les simulations, effectuées pour différents paramètres, permettent de confirmer l'analyse. Elles montrent que l'utilisateur cognitif peut atteindre des débits significatifs sans pour autant affecter le débit de l'émetteur primaire, même dans le cas d'une liaison half-duplex causale.
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