Interference management in sectored cellular networks with local multi-cell processing - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2019

Interference management in sectored cellular networks with local multi-cell processing

Gestion des interférences dans les réseaux cellulaires sectorisés avec traitement multicellulaire local

Résumé

The data rate requirement in wireless communication due to employment of smartphones, laptops, tablets and sensors is increasing drastically. This directly poses extra-ordinary demands on precious spectral resources. To satisfy with the expected saturation on the currently used bands, modern communication systems are allowing very aggressive spatial frequency reuse and moving towards heterogenous networks of base stations (BS) covering smaller areas (small cells). Evidently, such system suffer from the detrimental inter-cell interference conditions, particularly at cell edges. Therefore, it is clearly convincing that interference management is a bottleneck for current and future wireless networks. Multi-cell processing (MCP) schemes has mostly been used to provide BSs with quantized versions of the transmit/receive signals of other BSs via backhaul/fronthaul links (allowing for clustered decoding). It is then possible for user data to be jointly processed by several BSs at both uplink and downlink, hence imitating the benefits of virtual MIMO. However, the implementation of MCP for all the BSs of the network is quite challenging in practice due to large computational complexity and excessive delays even for moderately large networks. However, dividing the network into several clusters and letting them to cooperate within each cluster rather than the entire network also brings some benefit of MCP by requiring only local received signals and local CSI. We name this framework as local MCP, which also improves the robustness of the network to connection failures and scalability. In this thesis, we have investigated the benefits of local MCP in interference management for sectored hexagonal network model under three different scenarios. In the first one, we assumed that the BS can cooperate through limited capacity links for a given number of cooperation rounds. We proposed a new practical clustering scheme that adapts the way BSs cooperate to cells sectorization. Upper and lower bounds on the peruser degrees-of-freedom (DoF) as a function of number cooperation round and backhaul capacity have been derived, and finite SNR analysis has been done. In the second scenario, we assumed a multi-cloud cellular system, where each central processor (CP) has a limited processing power. A clustering scheme has been proposed that adapts the association between BSs and CPs to the sectorization. Lower bound on the per-user DoF as a function of fronthaul capacity, CP capacity and the ratio of number of CP to number of BS has been derived. In the last scenario, we assumed again a multi-cloud based cellular system, and applied compute-and-forward (CoF) and Quantized CoF schemes to the proposed clustering. For Quantized CoF, we proposed a method for reducing the number of nested lattice codes to lower the implementation complexity while keeping reasonable performance degradation.
L’exigence de débit de données dans les communications sans fil due à l’emploi de smartphones, d’ordinateurs portables, de tablettes et de capteurs augmente considérablement. Cela pose directement des demandes extraordinaires sur de précieuses ressources spectrales. Pour satisfaire la saturation attendue sur les bandes actuellement utilisées, les systèmes de communication modernes permettent une réutilisation très fréquente des fréquences spatiales et évoluent vers des réseaux hétérogènes de stations de base (BS) couvrant des zones plus petites (petites cellules). De toute évidence, un tel système souffre des conditions d’interférence intercellulaires préjudiciables, en particulier aux bords des cellules. Par conséquent, il est clairement convaincant que la gestion des interférences est un goulot d’étranglement pour les réseaux sans fil actuels et futurs. Les schémas de traitement multicellulaire (MCP) ont été principalement utilisés pour fournir aux BS des versions quantifiées des signaux d’émission / réception d’autres BS via des liaisons de liaison (permettant le décodage en cluster. Il est alors possible que les données utilisateur soient traitées conjointement par plusieurs BS) à la fois en liaison montante et en liaison descendante, imitant ainsi les avantages du MIMO virtuel. Cependant, la mise en oeuvre de MCP pour toutes les BS du réseau est assez difficile en pratique en raison de la grande complexité de calcul et des retards excessifs, même pour les grands réseaux modérés. Cependant, diviser le réseau en plusieurs clusters et les laisser coopérer au sein de chaque cluster plutôt que sur l’ensemble du réseau apporte également certains avantages du MCP en ne nécessitant que les signaux reçus locaux et le CSI local. Nous appelons ce cadre MCP local, ce qui améliore également la robustesse du réseau aux échecs de connexion et l’évolutivité. Dans cette thèse, nous avons étudié les avantages de MCP local dans la gestion des interférences pour modèle de réseau hexagonal sectorisé sous trois scénarios différents. Dans le premier, nous avons supposé que le BS peut coopérer par le biais de liaisons à capacité limitée pour un nombre donné de cycles de coopération. Nous avons proposé un nouveau schéma de regroupement pratique qui adapte la façon dont les BS coopèrent à la sectorisation des cellules. Plus haut et plus bas et limites supérieures des degrés de liberté par utilisateur (DoF) en fonction de la coopération de nombres et la capacité de raccordement a été dérivée et une analyse SNR finie a ét é effectuée. Dans le deuxième scénario, nous supposé un système cellulaire multi-cloud, o`u chaque processeur central (CP) a une puissance de traitement limitée. UNE un schéma de clustering a été proposé qui adapte l’association entre BS et CP à la sectorisation. Limite inférieure du DoF par utilisateur en fonction de la capacité de liaison, de la capacité de CP et du rapport du nombre de Le CP en nombre de BS a ét é dérivé. Dans le dernier scénario, nous avons supposé à nouveau un cellulaire basé sur plusieurs nuages et appliqué des systèmes de calcul et de transfert (CoF) et de CoF quantifiés au clustering proposé. Pour CoF quantifié, nous avons proposé une méthode pour réduire le nombre de codes de réseau imbriqués pour réduire la mise en oeuvre complexité tout en conservant une dégradation raisonnable des performances.
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Dates et versions

tel-02907058 , version 1 (27-07-2020)

Identifiants

  • HAL Id : tel-02907058 , version 1

Citer

Samet Gelincik. Interference management in sectored cellular networks with local multi-cell processing. Networking and Internet Architecture [cs.NI]. Institut Polytechnique de Paris, 2019. English. ⟨NNT : 2019IPPAT010⟩. ⟨tel-02907058⟩
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