Gestion des interférences dans les systèmes large-scale MIMO pour la 5G

par Zahran Hajji

Thèse de doctorat en Télécommunications

Sous la direction de Karine Cavalec-Amis et de Abdeldjalil Aissa-El-Bey.

Le président du jury était Ali Mansour.

Le jury était composé de Abdeldjalil Aissa-El-Bey, Marie-Laure Boucheret, Jean-Marc Brossier, Raphaël Visoz.

Les rapporteurs étaient Marie-Laure Boucheret, Jean-Marc Brossier.


  • Résumé

    La thèse s'inscrit dans la perspective de l'explosion du trafic de données générée par l'augmentation du nombre d'utilisateurs ainsi que la croissance du débit qui doivent être prises en compte dans la définition des futures générations de communications radiocellulaires. Une solution est la technologie «large-scale MIMO » (systèmes MIMO de grande dimension) qui pose plusieurs défis. La conception des nouveaux algorithmes de détection de faible complexité est indispensable vu que les algorithmes classiques ne sont plus adaptés à cette configuration à cause de leurs mauvaises performances de détection ou de leur complexité trop élevée fonction du nombre d'antennes. Une première contribution de la thèse est un algorithme basé sur la technique de l'acquisition comprimée en exploitant les propriétés des signaux à alphabet fini. Appliqué à des systèmes MIMO de grande dimension, déterminés et sous-déterminés, cet algorithme réalise des performances (qualité de détection, complexité) prometteuses et supérieures comparé aux algorithmes de l'état de l'art. Une étude théorique approfondie a été menée pour déterminer les conditions optimales de fonctionnement et la distribution statistique des sorties. Une seconde contribution est l'intégration de l'algorithme original dans un récepteur itératif en différenciant les cas codé (code correcteur d'erreurs présent) et non codé. Un autre défi pour tenir les promesses des systèmes large scale MIMO (efficacité spectrale élevée) est l'estimation de canal. Une troisième contribution de la thèse est la proposition d'algorithmes d'estimation semi-aveugles qui fonctionnent avec une taille minimale des séquences d'apprentissage (égale au nombre d'utilisateurs) et atteignent des performances très proches de la borne théorique.

  • Titre traduit

    Interference management in large-scale MIMO systems for 5G


  • Résumé

    The thesis is part of the prospect of the explosion of data traffic generated by the increase of the number of users as well as the growth of the bit rate which must be taken into account in the definition of future generations of radio-cellular communications. A solution is the large-scale MIMO technology (MIMO systems oflarge size) which poses several challenges. The design of the new low complexity detection algorithms is indispensable since the conventional algorithms are no longer adapted to this configuration because of their poor detection performance or their too high complexity depending on the number of antennas. A first contribution of the thesis is an algorithm based on the technique of compressed sensing by exploiting the propertiesof the signals with finite alphabet. Applied to large-scale, determined and under-determined MIMO systems, this algorithm achieves promising and superior performance (quality ofdetection, complexity) compared to state-ofthe-art algorithms. A thorough theoretical study was conducted to determine the optimal operating conditions and the statistical distribution of outputs. A second contribution is the integration of the original algorithm into an iterative receiver by differentiating the coded and uncoded cases. Another challenge to keeping the promise of large- scale MIMO systems (high spectral efficiency) is channel estimation. A third contribution of the thesis is the proposal of semi-blind channel estimation algorithms that work with a minimum size of pilot sequences (equal to the number of users) and reach performances very close to the theoretical bound.


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