Utilisation du massive MIMO dans les réseaux 5G pour l'annulation d'interférence inter-cellule et pour l'augmentation de la capacité

Massive MIMO in 5G networks for intercell interference cancellation and capacity boost

• Auteur / Autrice : Wassim Tabikh
• Direction : Dirk T. M. Slock
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique et communications
• Date : Soutenance le 26/02/2018
• Etablissement(s) : Paris, ENST
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Informatique, télécommunications et électronique de Paris
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut EURECOM (Sophia-Antipolis, Alpes-Maritimes) - Laboratoire traitement et communication de l'information (Paris)
• Jury : Président / Présidente : Pascal Chevalier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Ghaya Rekaya Ben Othman, Salah Eddine El Ayoubi
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Maryline Hélard, Constantinos B. Papadias

Mots clés

Mots clés contrôlés

Systèmes à entrées multiples et à sorties multiples

Systèmes de communication sans fil

Mots clés libres

MIMO massif

Massive MIMO

Résumé

L’évolution des communications sans fil doit répondre à la croissance exponentielle de la consommation de données. On prévoit une augmentation du débit allant jusqu’à 1000 d’ici 2020. Cependant, pour atteindre ce but, plusieurs ingrédients sont essentiels. La limitation majeure des systèmes sans fil est l’interférence à cause de la réutilisation des fréquences. C'est un problème qui existait depuis toujours et notamment à partir de la 3G. On croit que ce problème sera notamment plus grave dans la 5G, et cela à cause de la densification prévue des réseaux. L’utilisation de l’OFDM en 4G a mené à la gestion de l’interférence par coordination dynamique des blocs de ressources. Or, cela n’a permis qu’une augmentation modeste du débit. Une nouvelle technique de gestion de l’interférence fut née il y a 5 années. Cette technique s’appelle l’alignement d’interférence (IA). L’IA permet d’avoir une capacité égale à la moitié de la capacité d’un système sans interférences. Cette technique suppose que chaque transmetteur (TX) connait les canaux non seulement envers les récepteurs (RX)s mais les canaux de tous les TXs vers tous les RXs. Une technique d’interférence plus récente qui améliore l’IA, c’est le massive MIMO, ou les TXs sont équipés d’antennes à grande échelle. l’idée est motivée par plusieurs simplifications qui apparaissent en régime asymptotique ou les stations de base ont un trés grand nombre d’antennes. Le but de cette thèse est d’introduire des solutions complètes et réalistes pour la gestion d’interférence en utilisant le massive MIMO dans un scénario multi-cellules multi-utilisateurs. Notre travail traite surtout le problème de la connaissance imparfaite des canaux.

The evolution of wireless communication must meet the increasingly high demand in mobile data. It is expected to increase the maximum rates of wireless by a factor of 1000 by 2020. Meanwhile, it is clear that to reach this goal, a combination of different ingredients is necessary. The major limitation of wireless systems is the interference due to frequency reuse. This has been a long-standing impairment in cellular networks of all generations that will be further exacerbated in 5G networks, due to the expected dense cell deployment. The use of orthogonal frequency-division multiplexing (OFDM) in 4G leaded to an interference management by dynamic coordination of resource blocks. However, this allowed only modest gains in rates. A new technique of interference management was born 5 years ago, the interference alignment (IA). the IA permits to have a capacity with equals the half of the capacity of an interference-free system. This technique supposes that each transmitter (TX) knows the channels not only towards its receivers (RX)s, but the channels from all TXs to all receivers RXs. A more recent interference technique that boosts IA is massive multiple input multiple output (MIMO), where TXs use antennas at a very large scale. The idea is motivated by many simplifications, which appear in an asymptotic regime where base stations are endowed with large numbers of antennas. This thesis treats the problem of interference cancellation and capacity maximization in massive MIMO. In this context, the thesis proposes new interference management alternatives for the massive MIMO antenna regime, taking into account also the practical challenges of massive antenna arrays.