Analyse et optimisation des interférences et leurs impact sur les performances capacitaires des réseaux mobiles 5G à spectre flexible FDD/TDD

par Jalal Rachad

Projet de thèse en Réseaux, information et communications

Sous la direction de Laurent Decreusefond et de Ridha Nasri.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de Sciences et Technologies de l'Information et de la Communication , en partenariat avec Laboratoire de Traitement et Communication de l'Information (laboratoire) et de Télécom ParisTech (établissement de préparation de la thèse) depuis le 27-03-2017 .


  • Résumé

    Dans le cadre de la définition des futurs réseaux 5G, on trouve une orientation remarquable vers l'exploitation flexible et adaptative du spectre radio, améliorant ainsi plusieurs fois l'efficacité spectrale. D'ailleurs, en plus de la possibilité de mettre à disposition de l'opérateur d'autres bandes spectrales et d'appliquer une neutralité technologique sur le spectre, il y a récemment plusieurs alternatives d'exploiter efficacement le spectre en opérant conjointement les deux modes de transmission FDD et TDD dans plusieurs bandes. Actuellement, dans chaque mode, diverses parties du spectre sont inexploitables. Une alternative d'exploitation conjointe du spectre FDD/TDD est l'agrégation des porteuses FDD et TDD. Cependant, elle reste limitée car non adaptative dans la gestion de l'asymétrie des trafics descendant (DL) et montant (UL) et laisse une grande partie du spectre vide et inutilisable. La flexibilité du spectre consiste à autoriser une cellule radio d'allouer dynamiquement le spectre disponible au lien limitant en trafic et de gérer librement son spectre qui peut être pris d'une bande FDD ou TDD. Malgré sa flexibilité, ce mode de fonctionnement dynamique exige une synchronisation parfaite entre les émetteurs des sites radios et génère des interférences supplémentaires intercellulaires entre les liens UL et DL de deux cellules adjacentes en plus de celles déjà présentes en modes FDD et TDD séparés (entre UL-UL et DL-DL). En outre, le mode du spectre flexible pourra être aussi considéré comme la dernière phase avant d'arriver au mode Full Duplex, dans lequel la transmission et la réception des données se font en même temps avec la même fréquence. Parmi les cas d'usage du spectre flexible, on peut imaginer un terminal en émission UL vers une cellule et une autre macro-cellule voisine en émission DL sur le même spectre pendant la même trame du temps. Cette macro-cellule va générer ainsi plus d'interférences sur l'émission UL du terminal étant donné que sa puissance est beaucoup plus élevée que celle du terminal. Il est donc important de trouver quelle solution à mettre en place pour limiter ces interférences. Plusieurs autres cas d'usage sont possibles avec le spectre flexible : on peut notamment citer l'utilisation conjointe du FDD et TDD pour les relais fixes et mobiles mais aussi pour la communication terminale à terminal (D2D). Cette thèse répond à cette problématique en travaillant sur les modèles analytiques nécessaires pour l'évaluation et l'optimisation de performances des fonctionnalités du mode spectre flexible. Ces modèles sont utilisés dans les outils de dimensionnement et de planification des réseaux mobiles d'Orange. Le couplage entre les liens UL et DL (par les interférences) et la complexité de la mise en place du spectre flexible introduisent une difficulté remarquable sur la modélisation et l'analyse de performances de tels réseaux. Les premières études sur les performances du spectre flexible considèrent uniquement l'analyse d'un seul lien et très peu de références traitent l'analyse de performances système. D'ailleurs, même pour les fonctionnalités existantes, la modélisation analytique système à trafic hétérogène n'est pratiquement disponible que pour le mode FDD et lien DL. En effet, plusieurs phénomènes complexifient l'exercice de l'analyse de performance, à savoir la géométrie du réseau (décrivant la distribution spatiale des sites), les effets radio sur le signal, les distributions hétérogènes du trafic spatial et le dynamisme des clients mobiles.

  • Titre traduit

    Analysis and optimization of interference impact in 5G mobile networks with flexible spectrum


  • Résumé

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