Conception de systèmes de communication sans fils avec connaissance imparfaite du canal

Design of wireless communication system with imperfect channel state information

• Auteur / Autrice : Lei Xiao
• Direction : Laura Cottatellucci
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique et communications
• Date : Soutenance le 28/09/2012
• Etablissement(s) : Paris, ENST
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Informatique, télécommunications et électronique de Paris
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Traitement et communication de l'information (Paris ; 2003-....)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Claude Belfiore
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : David Gesbert, Gaël Scot
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Giorgio Matteo Vitetta, Wolfgang Gerstacker

Mots clés

Mots clés contrôlés

Stations terrestres (télécommunications par satellites)

Systèmes de communication sans fil

Mots clés libres

Canal de communication

Information sur l'état de canal (CSI)

Beamforming adaptatif

Communication channel

Channel state information (CSI)

Adaptive beamforming

Résumé

Dans la première partie de la thèse, on se concentre sur la conception d'un système de communication par satellite complet se basant sur la construction de faisceaux adaptatifs aux terminaux mobiles. Comparé à la construction classique de faisceaux fixes, le système à faisceaux adaptatifs peut considérablement améliorer la capacité du système en termes du nombre de STs desservies et de l'efficacité énergétique. Pour la conception du système à faisceaux adaptatifs, les informations sur l'état de canal (CSI) sont essentielles. Vu que le temps de propagation est trop long par rapport au temps de cohérence du canal, le CSI instantané est déjà périmé lorsqu'il est reçu pour la construction des faisceaux. Cependant, une partie de l'information du canal, plus particulièrement, les vecteurs de directivité ont une variation assez lente. On utilise cette connaissance partielle du CSI pour concevoir le système à base de faisceaux adaptatifs. Afin d'estimer les vecteurs de directivité, on propose un algorithme basé sur un critère de minimisation de l'erreur quadratique. Puis, basées sur l'estimation des vecteurs de directivité, on présente deux approches heuristiques pour la conception des faisceaux. En outre, on propose également deux approches qui reposent sur l'estimation de la directivité pour la détection des STs et la résolution possible des collisions sur le canal d'accès aléatoire au satellite. Comme la performance du système SDMA dépend fortement des positions spatiales des STs co-existants, on propose deux algorithmes de faible complexité pour l'attribution des fréquences dans le système de communication par satellite

In the first part of the thesis, we focus on the design of a complete satellite communication system adopting adaptive beamforming with mobile satellite terminals. Compared with conventional fixed beamforming, adaptive beamforming can signi_cantly improve the capacity of a satellite system in terms of served satellite terminals (ST) and power e_ciency. For the design of an adaptive beamforming system, channel state information (CSI) is critical. Since the propagation delay is too long compared to the coherence time of the channel, the instantaneous CSI is already stale when processed for beamforming. However, some parts of the channel, more speci_cally, directivity vectors change quite slowly. We utilize this partial knowledge of CSI to design an adaptive beamforming system. In order to estimate the directivity vectors, we propose an algorithm based on a least square error criterion. Then, based on the estimation of directivity vectors, we propose two heuristics approaches to the design of adaptive beamforming. Additionally, we also propose two approaches, based on directivity estimation for the detection of transmitting terminals and the possible resolution of collisions in the random access channel of the satellite system. Since SDMA system performance depends strongly on the spatial locations of co-existing terminals, we also propose two low complexity algorithms for frequency allocation in a satellite communication system. Finally, we simulate a complete satellite system, including a random access channel and a connection-oriented channel. We analyze the system performance and compare it to conventional fixed beamforming systems