Amélioration des performances et de la capacité dans les systèmes d'accès dynamique au spectre

par Rodrigo Soulé de Castro

Thèse de doctorat en Informatique et réseaux

Sous la direction de Philippe Godlewski et de Philippe Martins Goncalves.

Soutenue en 2011

à Paris, Télécom ParisTech .


  • Résumé

    Actuellement, les réseaux sans fil sont réglementés par une politique d'assignation des fréquences fixes (FSA). Dans ce modèle, le spectre radio disponible est divisé en blocs des fréquences fixes séparées par des bandes de garde. Ces blocs sont attribues à des technologies spécifiques, à des titulaires des licences ou à des services pendant des longues périodes. Cependant, cette approche fait obstacle au développement des nouvelles technologies sans fil et des équipes de communication car chaque nouvelle technologie radio à besoin de sa propre bande de fréquence pour fonctionner et ils restent très peu des bandes de fréquences à attribuer. En plus, des mesures d'occupation du spectre prouvent que l'attribution fixe de fréquences également se traduit par une faible efficacité dans l'utilisation du spectre de frequence, car une grande partie du spectre reste sous-utilisé. Ces observations ont motivé les organismes de réglementation pour rechercher des méthodes d'accès différentes pour résoudre les problèmes présentés ci-dessus. En conséquence, l'utilisation de la radio cognitive (CR) et de la technologie d'Accès Dynamique au Spectre (DSA) sont apparue comme des possibles solutions pour résoudre le manque d'efficacité dans l'utilisation du spectre en permettant le partage des bandes de frequence. Dans une telle approche, les utilisateurs secondaires (SUs) sont autorisés à accéder dynamiquement au spectre non-utilisé dans les bandes des utilisateurs primaires (PUs). Ces bandes non-utilisés sont communément appelées trous du spectre ou "Spectrum Holes". L'objectif de DSA est de maximiser l'utilisation du spectre sous licence par l'accès secondaire et, en même temps, promouvoir la mise en place rapide des nouvelles technologies et des services sans fil sans avoir besoin de mettre une toute nouvelle fréquence à cet effet. Tout ce processus est basé sur l'agilité de fréquence et l'intelligence offertes par la technologie de la CR. Au cours de nos travaux de recherche, différents scénarios de DSA ont été étudiés. Ces scénarios diffèrent dans l'architecture du réseau (c. -à-d. Distribuée ou centralisée) et dans l'orientation du réseau (c. -à-d. Ad-hoc ou cellulaire). Nous avons également analysé deux techniques différentes pour l'utilisation secondaire du spectre dans le contexte de la radio cognitive. Une des techniques est dans la forme de recouvrement ou "Overlay", qui est l'utilisation opportuniste des bandes non-utilisées dans le spectre des PUs par les SUs équipés de la CR. L'autre technique est sous la forme de sous-couche ou "Underlay", ce qui impose des restrictions sévères sur les niveaux de puissance de transmission des SUs. Notre objectif est de fournir des solutions pour améliorer la performance et la capacité des systèmes de DSA en utilisant la technologie de la CR, tout cela sans changements majeurs dans les courants architectures sans fil. Les résultats obtenus à partir de notre travail de recherche ont indiqué que un DSA efficace est réalisable et peut se faire avec les technologies sans fil actuelles qui existent sur le marché. Nous avons également confirmé que la communication fiable entre les utilisateurs secondaires, en préservant intact à tout moment l'activité de réseaux primaires, est possible en utilisant différentes techniques et différentes architectures de DSA pour le partage du spectre. Ainsi, à partir de nos résultats, nous pouvons affirmer qu'en mettant en application les techniques proposées pour l'utilisation secondaire du spectre, nous pouvons améliorer la performance de la liaison et de la capacité dans les futurs systèmes de DSA.

  • Titre traduit

    Improvements of link performance and capacity in DSA systems


  • Résumé

    Recently, several studies initiated mainly by the Federal Communications Commission (FCC), which is charged with regulating communications by radio, television, wire, satellite and cable in US, have shown that the frequency spectrum is inefficiently exploited: some bands are highly crowded at some day hours or in certain dense urban areas while others remain poorly utilized. These problems, together with the rapid evolution of Cognitive Radio (CR) technology have pointed to the implementation of Dynamic Spectrum Access (DSA) in next generation wireless networks. The key promise of these systems is the possibility of highly flexible and efficient management and reuse of spectrum across all its dimensions. During our research work, we propose different approaches to solve the dynamic spectrum access/allocation problem for future CR systems and we present some of the key research challenges associated with this new paradigm. For that purpose, we study Adhoc as well as cellular orientations allowing dynamic access to spectrum. Moreover, we investigate different network architectures for DSA, ranging from fully autonomous and distributed to fully centralized architectures in which dynamic access to spectrum is centrally managed. In addition, we also study two different techniques for spectrum sharing: Overlay and Underlay. Even if our proposals differ in the network orientation, in the network architecture and in the spectrum access technique for spectrum sharing, all of them have as goal the improvement of the link performance and the capacity of secondary networks while granting the activity of primary users (PUs).

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Informations

  • Détails : 1 vol. (134 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : 81 réf. bibliogr. Résumé étendu en français

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Télécom ParisTech. Bibliothèque scientifique et technique.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 8.22 SOUL
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