Study of smart antennas and MU-MIMO techniques for indoor radio engineering and planning tools

par Khouloud Issiali

Thèse de doctorat en Electronique et Télécommunications

Sous la direction de Geneviève Baudouin et de Ghaïs El Zein.

Soutenue le 08-12-2015

à Rennes, INSA , dans le cadre de École doctorale Mathématiques, télécommunications, informatique, signal, systèmes, électronique (Rennes) , en partenariat avec Université européenne de Bretagne (COMUE) , France Telecom Orange labs (entreprise) , Association nationale de la recherche et de la technologie et de Institut d'Electronique et de Télécommunications de Rennes / IETR (laboratoire) .

  • Titre traduit

    Prise en compte des antennes adaptatives et techniques MIMO multiutilisateurs pour l'ingénierie et les outils d'ingénierie radio indoor


  • Résumé

    La facilité de déploiement et la flexibilité des technologies sans fil ont permis une évolution considérable des normes IEEE 802.11. L'arrivée de la fibre optique à la maison a également motivé des études de recherche pour accroître les débits et la capacité. Dans ce contexte, la dernière norme IEEE 802.11ac ratifiée en 2014 a normalisé de nouvelles technologies pour atteindre des débits maximaux au-dessus de 1Obit/s. En particulier, 802 llac propose le Multiple Input Multiple Output Multi-Utilisateurs (MIMO-MU) et le Transmit Beamforming (TxBF). Ces technologies d'antennes intelligentes supposent un diagramme d'antenne d'émission qui dépend de la position des utilisateurs et des caractéristiques du canal de propagation multi-trajets correspondant. Cependant, les outils d'ingénierie et de planification radio actuels simulent une carte de couverture fixe et indépendante de tout traitement d'antennes adaptatives côté émission. Cette thèse étudie l'impact de ces techniques MIMO-MU et TxBF et propose des solutions adaptées pour l'ingénierie radio et l'optimisation du système ainsi que pour les outils de planification radio. En effet, la première partie de cette thèse consiste à affiner les gains de capacité en identifiant les configurations et les paramètres système optimaux. La deuxième partie aborde les gains de beamforming en termes du gain sur le rapport signal à bruit (SNR) et sur la réduction du niveau d'interférence pour avoir une modélisation réaliste de la couverture radio.


  • Résumé

    The deployment facility and flexibility of wireless technologies have allowed considerable evolution of IEEE 802 .11 standards. The arrival of the optical fiber to the home has further motivated the research studies to increase data rates and capacity. ln this context, the latest IEEE 802.l lac standard ratified in 2014 proposes new technologies to achieve maximum data rates above 1 Gbit/s. ln particular, 802.l lac includes the Multi-User Multiple Input Multiple Output (MU-MIMO) and Transmit Beamforming (TxBF). These smart antenna technologies assume a variable transmit antenna pattern in function of the users' position and the corresponding multipath propagation channel characteristics. However, the actual radio planning tools give a fixed coverage map in dependent of any adaptive or smart antenna processing. This thesis studies the impact of the MU-MIMO and TxBF techniques on radio engineering, system optimization as well as radio planning tools. Indeed, the first part of this thesis deals with refining the sum rate capacity gains by identifying interesting system configurations and optimal system parameters. The second part addresses the beamforming gains in terms of the Signal-to-Noise Ratio (SNR) gain and interference level to have realistic radio coverage modeling.

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