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Récepteur cognitif à hauts gains en débit, couverture et efficacité énergitique par basculement entre modes d’assistance par pilote de l’estimation de canal et de la démodulation de données sur le lien descendant de réseaux LTE hétérogènes.

Mrissa, Imen (2015). Récepteur cognitif à hauts gains en débit, couverture et efficacité énergitique par basculement entre modes d’assistance par pilote de l’estimation de canal et de la démodulation de données sur le lien descendant de réseaux LTE hétérogènes. Thèse. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en télécommunications, 162 p.

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Résumé

L’explosion du trafic de données et le problème de l’efficacité spectrale qui s’approche de ses limites théoriques exigent l’augmentation de la densité des noeuds dans un réseau cellulaire. Cependant, la partition des cellules dans un réseau contemporain dense cause un grand problème d’interférence. De plus, le déploiement des cellules macro à puissance transmise élevée est très couteux. Une stratégie alternative consiste alors à superposer des cellules à faible puissance transmise dans la surface géographique de la macro cellule créant ainsi des réseaux hétérogènes connus par "HetNet". Dans ce travail, nous visons l’amélioration des performances des réseaux HetNet dont les petites cellules souffrent d’un problème sérieux d’interférence limitant leurs performances. Nous adoptons pour notre objectif la radio cognitive du point de vue de fournir une communication très fiable indépendamment du temps et du lieu. Nous visons un niveau original d’intelligence en faisant appel à la cognition comme outil de traiter plusieurs dimensions de reconfiguration dynamique autre que l’allocation de spectre. Nous proposons un nouveau émetteur-récepteur cognitif (CTR) capable de sélectionner le meilleur triplet d’utilisation de pilote, d’estimation de canal et de mode de détection qui permet d’atteindre le meilleur débit au niveau lien selon les conditions du canal qui sont le rapport signal-à-bruit (SNR), l’indicateur de qualité du canal CQI, la vitesse du mobile et le type du canal. Nous divisons notre travail d’évaluation en deux grandes étapes qui sont les simulations du niveau lien et les simulations du niveau système. La première étape (étape d’apprentissage) permet de tracer les règles de décision du meilleur triplet mode d’identification de canal (assisté par pilote, hybride ou autodidacte), algorithme d’estimation de canal (maximum de vraisemblance ou moindres carrés), et mode de détection (cohérent ou différentiel) dépendamment des conditions du canal représentées par le triplet rapport signal-à-bruit/indicateur de qualité de canal, vitesse du mobile (évanouissement lent ou rapide), type de canal (évanouissement plat ou sélectif en fréquence). Les résultats de simulations en termes de taux d’erreurs sur les trames sont ensuite transférées au simulateur système pour mettre en valeur l’apport de notre nouveau CTR au réseau LTE HetNet. Nous visons alors l’amélioration des petites cellules en appliquant notre CTR conjointement avec la technique d’extension d’aire pico cellulaire. Nous visons aussi réduire la puissance transmise par la cellule macro pour diminuer par conséquence l’effet d’interférence sans baisser les performances de cette dernière. Notre CTR permet d’atteindre les objectifs cités en réalisant de surcroît des gains considérables en débit.

Abstract

One of the strongest driving forces for wireless technology evolution today is 4G (4th Generation), also known as LTE-Advanced (Long Term Evolution) or IMT-Advanced (International Mobile Telecommunications). 4G allows high-speed wireless data delivery at much lower costs and latency while providing much higher rates, spectrum efficiency, and coverage. Most importantly, it promises the provision of future high-speed wireless data services everywhere closer to the mobile user in a seamless and versatile fashion, no matter what the surrounding environment and link conditions are. In this context and given the spectral efficiency approaching its theoretical limits, Heterogeneous Networks known as HetNet is an attractive cost effective solution for communication service providers. The basic idea of HetNet is deploying small cells (pico-cells and femto-cells) transmitting weaker power in a macro-cell network in order to increase system capacity and throughput. However, due to their very low transmit powers; small cells are prone to severe interference corruption from macro-cells. Our main objective is hence to enhance LTE HetNet system performance by using cognitive radio concept. In this context, get onto the emerging cognitive radio from a rather uncommon perspective today. We take up the second primary cognitive radio’s objective of providing highly reliable communications anywhere anytime, so far addressed in a conventional manner, but rarely tackled today from a new level of “cognitive wireless communications" where cognition could possibly handle many dynamic reconfiguration dimensions other than spectrum allocation, the conventional one. We propose therefore a new context-aware cognitive transceiver (CTR), which is able to self-adjust its antenna-array processing structure and air-interface configuration for optimum performance. More specifically, the proposed CTR is able to select the best combination triplet of pilot-use, channel-identification, and data-detection modes that achieve the best link-level performances against channel conditions in terms of channel type, mobile speed, SNR, and CQI. The performance of the proposed context-aware CTR is assessed by conducting exhaustive simulations at both the link and system levels. For link-level assessment purposes, we simulate a wireless system consisting of one user equipment (UE) and one base-station (BS). We first identify the performance pertaining to each couple of {channel estimator (LS or ML), data detection (DA, NDA, or NDA with pilots)} apart and draw out the optimal decision rules in terms of the best performing {channel estimator, detection mode} configuration. Block error rate (BLER) vs. SNR results are then fed to a system-level simulator, wherein a whole network is simulated in order to assess the performance of the proposed CTR under more realistic operating conditions that account for inter-cell and intracell interference sources. The proposed CTR applied jointly with range expansion technique allows enhancing small cells performances in the context of downlink LTE HetNet by offering considerable throughput gain. Reducing macro cell transmitted power to mitigate interference problem experienced by small cells is also allowed by the new CTR with throughput enhancement for macro cells despite the corresponding transmit power reduction.

Type de document: Thèse
Directeur de mémoire/thèse: Affes, Sofiène
Co-directeurs de mémoire/thèse: Stéphenne, Alex
Mots-clés libres: estimateurs de canal à maximum de vraisemblance (ML) et à moindres carrés (LS); estimation assistée par pilote; estimation autodidacte; modulations cohérente et différentielle; émetteurrécepteur cognitif; simulations des niveaux lien et système; LTE HetNet; expansion d’aire pico cellulaire.
Centre: Centre Énergie Matériaux Télécommunications
Date de dépôt: 20 oct. 2016 20:02
Dernière modification: 20 oct. 2016 20:02
URI: http://espace.inrs.ca/id/eprint/4639

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