Distributed Collaborative Beamforming Designs for Real-World Applications in Relayed and Cooperative Communications.

Zaidi, Slim (2015). Distributed Collaborative Beamforming Designs for Real-World Applications in Relayed and Cooperative Communications. Thèse. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en télécommunications, 153 p.

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Résumé

Cette thèse s’intéresse à la conception de nouvelles techniques de formation de voies collaborative distribués (”distributed collaborative beamforming (DCB)”) pour des applications dans des environnements réels. Jusqu’ici, tous les DCBs existants dans la littérature ignorent le phénomène de diffusion présent dans la plupart des milieux de propagation. Cette hypothèse, qui permet de remplacer le canal réel par un canal monochromatique (c.-à-d., à raie unique (”single-ray”)) et, de ce fait, simplifier la conception de ces DCBs monochromatiques (”monochromatic DCBs (M- DCBs)”), entraîne la détérioration de leurs performances. Ceci est en fait dû à la non-concordance (”mismatch”) du canal monochromatique avec le canal réel polychromatique (c.-à-d., à plusieurs raies ”multi-ray”) induit par la diffusion. En exploitant le fait que pour de faibles étalements angulaires (”angular spreads (ASs)”) ce canal est équivalent à un canal bichromatique (c.-à-d., à deux raies), une technique novatrice de DCB dont l’overhead est négligeable est proposée dans cette thèse. Ce DCB bichromatique (”bichromatic DCB (B-DCB)”) est capable de réaliser un rapport signal à bruit (RSB) optimal dans les environments où le AS est faible à modéré. En plus, il surpasse en termes de RSB M-DCB dont la conception ne tient pas en compte la diffusion. Le gain en RSB offert par B-DCB contre ce dernier peut même atteindre 3 dB. Les performances de B-DCB sont ensuite comparées, dans des conditions réelles, à celles de M-DCB et du CB optimal qui se base sur l’état du canal réel (”optimal CSI-based CB (OCB)”). En tenant compte des erreurs d’estimation et de quantification induites par chaque technique, les expressions exactes de leurs RSBs ont été obtenues pour la première fois sous des formes compactes. Il est prouvé que B-DCB surpasse OCB dans les environnements à ASs faibles ou modérés où les deux solutions réalisent nominalement le même RSB dans les conditions idéales (c.-à-d., sans tenir compte des erreurs d’estimation et de quantification). Il est aussi prouvé que B-DCB surpasse toujours M-DCB sauf pour des bas niveaux de quantification injustifiés en pratique. En plus, on est les premiers à étendre, dans cette thèse, la comparaison des CBs au niveau throughput où l’overhead de chaque technique est aussi pris en compte. Dans ce cas, il est prouvé que B-DCB est capable de réaliser un throughput supérieur à celui de OCB même dans les environnements à ASs élevés. Afin d’élargir encore plus les domaines d’application des DCBs, on propose, dans cette thèse, un nouveau DCB qui prend en compte non seulement le phénomène de diffusion mais aussi les interférences. Une approche qui consiste en la minimisation des puissances de bruit et des interférences tout en maintenant constante la puissance utile est utilisée pour la conception des poids. Dû à la complexité des canaux polychromatiques, le calcul de ces derniers sous des formes compactes s’avère malheureusement impossible. En recourant d’abord au canal bichromatique valide pour des faibles ASs puis à une approximation efficace de certains termes de la fonction objective, on réussi à obtenir les expressions des poids sous des formes compactes. Il est montré que ce B-DCB est capable de surpasser non seulement M-DCB mais aussi OCB qui est pénalisé par son overhead excessif. Bien qu’elles soient extrêmement efficace dans les environnements où les ASs sont faibles à modérés, les performances des B-DCBs développés jusqu’ici se détériorent significativement dans les environnements à ASs élevés. Dans cette thèse, on propose alors une nouvelle technique DCB capable non seulement d’approcher, pour toute valeurs de AS, le RSB optimal réalisé par OCB mais, aussi, de s’implémenter moyennant une quantité minimale d’overhead. La conception de ce DCB polychromatique (”polychromatic DCB (P-DCB)”) est rendu possible grâce à une approximation efficace des poids de OCB.

Type de document:	Thèse Thèse
Directeur de mémoire/thèse:	Affes, Sofiène
Mots-clés libres:	distributed collaborative beamforming; cCommunication multi-saut; voies collaboratives; angular scattering; scattered environment; SNR-optimal cCollaborative bBeamforming
Centre:	Centre Énergie Matériaux Télécommunications
Date de dépôt:	06 avr. 2016 20:28
Dernière modification:	06 avr. 2016 20:28
URI:	https://espace.inrs.ca/id/eprint/3366

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