Random access techniques for satellite communications

par Selma Zamoum

Thèse de doctorat en Informatique et Télécommunication

Sous la direction de Marie-Laure Boucheret et de Jérôme Lacan.

  • Titre traduit

    Techniques d'accès aléatoire pour les communications par satellite


  • Résumé

    Les nombreux avantages introduits par l’utilisation des satellites tels que la couverture à grande échelle, notamment dans les zones difficilement accessibles ou pauvres en infrastructure terrestres, a incité différentes communautés à développer des communications efficaces pour l’accès à Internet, la télévision et la téléphonie. Pendant longtemps, les techniques d’accès multiple basées sur la réservation de ressources (DAMA) ont largement été déployées sur la liaison retour, occupant ainsi une grande partie de la bande passante. Cependant, outre le temps aller-retour (RTT) additionnel dû à la demande d’allocation, qui est à la base important lors d’une communications par satellite, les ressources peuvent être sous-exploitées ou insuffisantes face à des applications entraînant un grand nombre d’utilisateurs telles que l’Internet des objets et les communications de machine à machine. Par conséquent, les techniques d’accès basées sur le protocole ALOHA ont largement pris place dans les études de recherche sur l’accès aléatoire (RA), et ont considérablement évolué ces derniers temps. La méthode CRDSA a particulièrement marqué ce domaine; elle a inspiré de nombreuses techniques d’accès aléatoire. Dans ce contexte, une méthode complémentaire, appelée MARSALA, permet de débloquer CRDSA lorsque celle-ci n’est plus en mesure de décoder de nouveaux paquets. Par contre, cela entraîne une complexité de corrélation liée à la localisation des paquets, qui est nécessaire pour combiner des répliques afin d’avoir une puissance de signal potentiellement plus élevée. C’est pourquoi, l’objectif principal de cette thèse est de proposer des alternatives efficientes et moins complexes. Nous nous intéressons plus précisément à la manière de gérer les transmissions multi-utilisateurs et de résoudre les interférences à la réception, avec la plus petite complexité. De plus, le phénomène de boucle qui se produit lorsque plusieurs utilisateurs transmettent leurs paquets dans les mêmes positions est traité, sachant qu’un plancher d’erreur au niveau des performances en taux de perte de paquets est par conséquent créé. Nous proposons donc des solutions synchrones et asynchrones, principalement basées sur un partage de données, au préalable, entre l’émetteur et le récepteur, dans le but de réduire la complexité de localisation, atténuer le phénomène de boucle et améliorer les performances du système. Ces techniques sont décrites et analysées en détails au cours de ce manuscrit.


  • Résumé

    The effective coverage of satellites and the technology behind have motivated many actors to develop efficient communications for Internet access, television and telephony. For a long time, reservation resources of Demand Assignment Multiple Access (DAMA) techniques have been largely deployed in the return link of satellite communications, occupying most of the frequency bandwidth. However, these resources cannot follow the technological growth with big users communities in applications like the Internet of Things and Machine to Machine communications. Especially because the Round Trip Time is significant in addition to a potential underuse of the resources. Thus, access protocols based on ALOHA took over a big part of the Random Access (RA) research area and have considerably evolved lately. CRDSA have particularly put its fingerprint in this domain, which inspired many different techniques. In this context, a complementary method, called MARSALA comes to unlock CRDSA when packets can no longer be retrieved. This actually involves a correlation complexity related to packet localization which is necessary for replicas combinations that results in a potentially higher signal power. Accordingly, the main goal of this PhD research is to seek for effective and less complex alternatives. More precisely, the core challenge focuses on the way to manage multi-user transmissions and solve interference at reception, with the smallest complexity. In addition, the loop phenomenon which occur when multiple users transmit their packets at the same positions is tackled as it creates an error floor at the packet loss ratio performance. Synchronous and asynchronous solutions are proposed in this thesis, mainly based on providing the transmitter and the receiver with a shared prior information that could help reduce the complexity, mitigate the loop phenomenon and enhance the system performance. An in-depth description and analysis of the proposed techniques are presented in this dissertation.


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