Contribution à la qualité de service d'une pile radio flexible pour la transmission de données multimédia en mode paquet sur interface radio UMTS WCDMA

par Sébastien Baey

Thèse de doctorat en Sciences appliquées. Automatique et traitement du signal

Sous la direction de Gérard Attal.

Soutenue en 2004

à Paris 11 , en partenariat avec Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne) (autre partenaire) .

mots clés

• Universal Mobile Telecommunications System (UMTS)
• Wideband Code Division Multiple Access (WCDMA)
• Qualité de service
• Gestion de ressources radio
• Protocole d'accès
• Evaluation de performances
• File d'attente
• Chaîne de Markov
• Modélisation de trafic multimédia
• Motion Picture Experts Group 4 (MPEG4)
• Discrete Batch Markovian Arrival Process (DBMAP)

Résumé

Cette thèse traite de l'intégration du trafic multimédia sur la voie montante de l'interface radio de l'UMTS. Le problème est abordé dans sa globalité, considérant à la fois les possibilités de partage de la ressource, une bonne caractérisation du trafic à transmettre et les possibilités ouvertes dans la norme UMTS. L'attention est plus particulièrement portée sur la vidéo MPEG4 et les données de type Internet. La première partie de la thèse dégage une approche du partage de ressource radio en mode WCDMA. Les performances du mécanisme de multiplexage de niveau couche physique avec qualité de transmission différenciée et l'impact du mécanisme d'adaptation de débit sont évalués. Cette analyse débouche sur la construction d'une fonction de coût pour l'estimation de la capacité cellulaire multiservice et la proposition d'une méthode d'équilibrage adaptatif de la qualité de transmission. La seconde partie de la thèse présente un nouveau modèle statistique pour le trafic vidéo MPEG4. Ce modèle consiste en une particularisation du processus DBMAP et permet d'évaluer analytiquement les performances de transmission à la traversée d'un système à file d'attente. La dernière partie de la thèse intègre l'ensemble de ces travaux pour aboutir à une stratégie d'ordonnancement coopérative multiplexant efficacement les paquets issus d'applications multimédia temps réel et non temps réel, dans le respect des contraintes d'intégrité et de retard. Une méthode analytique faisant appel à la théorie des files d'attente de type M/G/1 est fournie pour le calcul des retards subis par les paquets vidéo MPEG4 et les données lorsque cette stratégie est mise en œuvre au sein d'un réseau UMTS.

Titre traduit

Contribution to the quality of service of a flexible radio protocol stack for the trnasmission of multimedia data in packet mode on the UMTS WCDMA radio interface

Résumé

This thesis deals with the integration of multimedia traffic on the uplink of the UMTS radio interface. The problem is tackled in its globality, considering jointly the resource sharing possibilities, a good characterization of the traffic to transmit and the possibilities opened in the UMTS standard. The attention is more particularly focused on MPEG4 video and data of the Internet type. The first part of the thesis provides an approach of radio resource sharing in WCDMA mode. The performances of the physical layer multiplexing mechanism with quality of transmission differentiation and the impact of the rate matching mechanism are evaluated. This analysis serves as a basis for the construction of a cost function for estimating the multiservice cellular capacity and the proposition of a quality of transmission adaptive balancing method. The second part of the thesis presents a new statistical model for MPEG4 video traffic. This model consists in a customization of the DBMAP process and allows evaluating the queueing performances analytically. The last part of the thesis integrates this set of works yielding a cooperative scheduling strategy that efficiently multiplexes the packets generated by real time and non real time multimedia applications while respecting the integrity and delay constraints. An analytical method based on M/G/1 type queueing systems theory is given for computing the delays incurred by MPEG4 video and data packets when this strategy is implemented in a UMTS network.