Thèse soutenue

Techniques d'optimisation des communications sans fil assistées par des surfaces intelligentes reconfigurables

FR  |  
EN
Auteur / Autrice : Abdelhamed Mohamed
Direction : Marco Di Renzo
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Réseaux, information et communications
Date : Soutenance le 24/11/2022
Etablissement(s) : université Paris-Saclay
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et technologies de l'information et de la communication
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des signaux et systèmes (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1974-....)
référent : Faculté des sciences d'Orsay
graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Sciences de l'ingénierie et des systèmes (2020-....)
Jury : Président / Présidente : Michel Kieffer
Examinateurs / Examinatrices : Kai Kit Wong, Ana Garcia Armada, Boya Di, Ioannis Krikidis
Rapporteurs / Rapporteuses : Kai Kit Wong, Ana Garcia Armada

Résumé

FR  |  
EN

Récemment, l'émergence des surfaces intelligentes reconfigurables (RIS) a suscité une vive attention de l'industrie et du monde universitaire. Un RIS est une surface plane constituée d'un grand nombre d'éléments réfléchissants passifs à faible coût. En ajustant soigneusement les déphasages des éléments réfléchissants, un RIS peut remodeler l'environnement sans fil pour une meilleure communication. En général, cette thèse fournit des contributions sur : (i) les performances des RIS basées sur des modèles de rayonnement électromagnétique précis et réalistes. De plus, elle fournit des cadres d'optimisation pour améliorer la performance des systèmes de communication dans les deux cas d'utilisation suivants : (i) Améliorer conjointement le taux d'information et la quantité de puissance récoltée dans un réseau sans fil multi-utilisateurs MISO descendant assisté par les RIS. (ii) améliorer l'efficacité spectrale pour un grand nombre d'utilisateurs situés en bordure de cellule ou de l'autre côté du RIS en utilisant des omni-surfaces intelligentes (IOS). Le chapitre 1 présente les défis à relever pour répondre aux exigences des réseaux 6G, le concept d'environnements radio intelligents et les RIS, qui constituent l'une des technologies habilitantes. Dans les communications futures, les RIS sont une technique clé qui aura des applications potentielles permettant d'obtenir une connectivité sans faille tout en consommant moins d'énergie. Le chapitre 2 présente les systèmes de communication assistés par RIS. Le principe de réflexion, le problème d'estimation de canal et le problème de conception du système sont présentés en détail. Les recherches de pointe sur les problèmes d'estimation de canal et de conception de système sont passées en revue. Le chapitre 3 étudie l'impact de modèles de reradiation réalistes pour les RIS en fonction de l'inter-distance sub-longueur d'onde entre les éléments proches du RIS, les niveaux de quantification des coefficients de réflexion, l'interaction entre l'amplitude et la phase des coefficients de réflexion, et la présence d'interférences électromagnétiques. En conclusion, notre étude montre que, en raison de contraintes de conception, telles que la nécessité d'utiliser des coefficients de réflexion quantifiés ou l'interaction inhérente entre la phase et l'amplitude des coefficients de réflexion, un RIS peut reradir la puissance vers des directions non désirées qui dépendent des ondes électromagnétiques prévues et interférentes. Le chapitre 4 aborde le problème de l'optimisation simultanée du taux d'information et de la puissance récoltée dans un réseau sans fil multi-utilisateurs MISO en liaison descendante avec surface intelligente reconfigurable (RIS) et transfert simultané d'information et de puissance sans fil (SWIPT). Un algorithme pratique est développé par une interaction entre l'optimisation alternée, l'optimisation séquentielle et les méthodes basées sur les prix. Le chapitre 5 propose un algorithme d'optimisation qui a un taux de convergence rapide en quelques itérations pour maximiser le taux de somme dans les canaux de diffusion MIMO assistés par IOS, qui peut être exploité pour servir l'utilisateur de bord de cellule et améliorer la couverture du réseau. La particularité de ce travail est de considérer que les coefficients de réflexion et de transmission d'un IOS sont étroitement couplés. Enfin, le chapitre 6 résume les principales conclusions de la thèse et discute des orientations futures possibles qui méritent d'être étudiées pour libérer tout le potentiel des RIS et les mettre en pratique.