| Summary: | Diversity is a powerful technique to improve the reliability of digital communications systems over wireless channels. In this thesis, the error performance and precoder design of a bandwidth-efficient bit-interleaved coded modulation with iterative decoding (BICM-ID) system over a non-orthogonal amplify-and-forward (NAF) half-duplex single-relay channel is investigated to effectively combine cooperative, time and modulation diversities. At first, a tight union bound on the asymptotic bit error probability (BEP) of the NAF-BICM-ID system employing signal space diversity (SSD) via a precoder is derived for an arbitrary cooperative block length of 2N. This bound provides a useful tool to predict the error performance without the need of time-consuming simulations. A design criterion that characterizes the effect of the precoder to the performance is then developed, which gives an insight on how to obtain a good precoder to fully exploit diversity. Attention is then paid to the NAF-BICM-ID system using a 2x2 precoder, where a closed-form expression of the bound is obtained. Based on this expression, the optimal class of 2x2 precoders is developed. Different from the optimal precoders designed for uncoded systems, the derived precoder indicates that the source terminal only needs to send the superposition of the first symbol and the rotated version of the second one in the first time slot, while being silent in the remaining slot to achieve the best asymptotic performance. For a good convergence property, it is further shown that a rotation angle that maximizes the minimum Euclidean distance of the superposition constellation should be used. Optimal rotation angles are then analytically determined for various modulation schemes. The usefulness of the proposed precoder is verified by both the error bound and simulation results. Finally, based on extrinsic information transfer (EXIT) charts, both the convergence property and the asymptotic performance of the system === La diversité est une puissante technique qui permet d'améliorer la fiabilité des systèmes de communications numériques sans fil. Dans cette thèse, la performance en terme d'erreurs et de la conception de précodeurs est enquêtée pour un système à grande efficacité spectrale, utilisant la modulation codée avec entrelacement par bit avec décodage itératif (BICM-ID), à travers un canal semi-duplex non-orthogonal d'amplification-et-retransmission (NAF) afin de combiner efficacement les diversités de modulation, coopérative et temporelle. Premièrement, une borne serrée sur l'asymptote de la probabilité d'erreur par bit (BEP) du système NAF-BICM-ID avec diversité spatiale du signal (SSD), obtenue grâce au précodage, est développée pour une durée coopérative arbitraire de 2N. Cette borne devient un outil important pour prédire la performance en terme d'erreurs sans avoir recours à de longues simulations. Un critère de conception, qui caractérise l'effet du précodage sur la performance, est ensuite dérivé, ce qui donne une idée comment obtenir un bon précodeur pour exploiter la diversité à son maximum. L'attention se porte ensuite sur le système NAF-BICM-ID avec un précodeur 2x2, pour développer une expression analytique de la borne. Celle-ci est utilisée pour établir la série de précodeurs 2x2 optimale. Contrairement aux précodeurs 2x2 des systèmes sans codage, ceux-ci indiquent que le terminal source n'a besoin de transmettre qu'une superposition du premier symbole et une rotation du deuxième lors du premier créneaux, tout en restant silencieux durant le deuxième, pour atteindre asymptotiquement la meilleure performance. De plus, pour améliorer les propriétés de convergence, il est démontré que l'angle de rotation qui maximise la distance Euclidienne minimale de la constellation superposée est celui qui devrait être utilisé. Les angles optimaux pour différentes modulations à plusieurs niveaux sont ensuite$
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