Allocation de ressources adaptées aux défauts de nonlinéarité des systèmes cognitifs par satellite

Nonlinear impairments aware resource allocation for cognitive satellite systems

• Auteur / Autrice : Arthur Louchart
• Direction : Philippe Ciblat, Charly Poulliat
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Information, communications, électronique
• Date : Soutenance le 07/12/2021
• Etablissement(s) : Institut polytechnique de Paris
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de l'Institut polytechnique de Paris
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement opérateur d'inscription : Télécom Paris (Palaiseau ; 1977-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Traitement et communication de l'information (Paris ; 2003-....)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Marie Gorce
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Philippe Ciblat, Charly Poulliat, Jean-Marie Gorce, Arsenia Chorti, Philippe Mary, Karine Cavalec-Amis, Marios Kountouris
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Arsenia Chorti, Philippe Mary

Mots clés

Mots clés contrôlés

Satellites artificiels dans les télécommunications

Mots clés libres

Allocation de ressources

Optimisation non convexe

Système non linéaire

Séries de Volterra

Resource allocation

Nonconvex optimization

Nonlinear system

Volterra series

Résumé

Cette thèse traite le problème de l’allocation de ressources pour les communications cognitives par satellite. Dans un contexte de demandes grandissantes en terme de débit, les systèmes de communication par satellite sont amenés à utiliser des fréquences déjà employées par des systèmes terrestres. Le paradigme de la radio cognitive de type sous couche permet à un réseau secondaire d'utiliser la même bande de fréquence qu'un réseau primaire. Cependant, l'interférence créée par le réseau secondaire ne doit pas excéder une certaine limite, fixée par le réseau primaire. Nous considérons un système de communication cognitif par satellite, où des utilisateurs terrestres transmettent des informations à un satellite, ce dernier les renvoyant à une passerelle terrestre à la manière d'un relais. De cette façon, les utilisateurs terrestres du réseau secondaire satellitaire génèrent des interférences sur le réseau primaire, qui sont dues aux lobes secondaires des antennes d'émission. La gestion de la puissance de transmission des utilisateurs satellitaires secondaires devient primordiale pour limiter les interférences sur le réseau primaire terrestre et, en même temps, atteindre le débit maximal du système. De plus, la prise en compte des non-linéarités provenant du satellite, notamment l'amplificateur de haute puissance, devient cruciale lorsque celui-ci est utilisé au maximum de ses capacités. Car les effets non linéaires produit par l'amplificateur, modélisé par des séries de Volterra, dégradent les débits du système. Dans ce contexte, la thèse consiste à proposer des algorithmes d'allocation de ressources afin d'optimiser la somme des débits du système satellitaire, tout en respectant les limites d'interférence fixées par le réseau terrestre primaire, avec la prise en compte des effets non linéaires générées par les composants du satellite.

This thesis addresses the problem of resource allocation for cognitive satellite communications.In a context of increasing throughput demands, satellite communication systems are required to use frequencies already used by terrestrial systems. The underlay cognitive radio paradigm allows a secondary network to use the same frequency band that a primary network uses. However, the interference created by the secondary network must not exceed a certain limit, which is set by the primary network.We consider a cognitive satellite communication system, where terrestrial users transmit information to a satellite, and that satellite sends it back to a terrestrial gateway in a relay-like fashion.In this way, the terrestrial users of the satellite secondary network generate interference on the primary network, which is due to the secondary lobes of the transmitting antennas. The management of the transmission power of the secondary satellite users becomes essential to limit the interference on the primary terrestrial network and, at the same time, to reach the maximum throughput of the system. Moreover, taking into account the nonlinearities coming from the satellite, especially the high-power amplifier, becomes crucial when the satellite is used at its maximum capabilities.This is because the non-linear effects produced by the amplifier, modeled by Volterra series, degrade the system throughput.In this context, the thesis consists in proposing resource allocation algorithms in order to optimize the sum-rate of the satellite system, while respecting the interference limits set by the primary terrestrial network, taking into account the nonlinear effects generated by the satellite components.