Allocation dynamique des ressources dans les futurs systèmes cellulaires

par Issam Toufik

Thèse de doctorat en Electronique et communications

Sous la direction de Raymond Knopp.

Soutenue en 2006

à Paris, ENST .

mots clés

• Systèmes de communication sans fil
• Allocation de ressources (radiotéléphonie)
• Qualité de Service (télécommunications)
• Systèmes à entrées multiples et à sorties multiples
• Multiplexage par répartition orthogonale de la fréquence

Résumé

Nous considérons le problème d’allocation du canal avec des contraintes dures d’équitabilité pour les systèmes multi-utilisateurs à bande large. Nous démonterons que, pour ces systèmes, avec les ressources intelligemment allouées, garantir une Qualité de Service pour l’ensemble des utilisateurs n’est pas synonyme de dégradation importante des performances. Nous considérons d’abord une system multi-utilisateurs avec une seule antenne et nous donnons une définition de la Capacité limitée par le délai avec une caractérisation lagrangienne de sa surface de frontière. On propose un algorithme itératif pour trouver l’allocation de ressources permettant à un ensemble d’utilisateurs d’atteindre leur vecteur de débits cibles avec un minimum de puissance. Nous proposons également différents algorithmes pour l’allocation de ressource avec une signalisation orthogonale et avec différentes contraintes dures d’équitabilité. On montre que ces algorithmes équitables réalisent des performances approchant celles de l’allocation optimale. Nous étendons par la suite notre étude au cas multicellulaire avec des antennes multiples. Nous montrons comment la dimension spatiale affecte les performances du système en termes d'efficacité spectrale et du débit minimum alloué. Nous proposons différentes techniques d'attribution et de transmission avec une extension de l’étude aux antennes distribuées. Nous abordons egalement un autre problème très important pour les futurs systèmes de communication sans fil: la réduction du feed-back. Ainsi nous proposons différents schémas de feedback des informations sur la qualité du canal pour les systèmes de MIMO-OFDMA avec beamforming opportuniste.

Titre traduit

Wideband dynamic resource allocation for future cellular networks

Résumé

In this thesis, we consider the interesting problem of channel allocation for multiuser wideband systems with Hard Fairness constraints. We first address the problem of resource allocation for single cell single antenna wideband Multiple Access Channels (MAC) under hard fairness constraints. We show that for wideband systems, with intelligently allocated resources, guaranteeing QoS for a set of users is not necessarily accompanied with a huge system performance degradation. We define the Delay-Limited capacity with a Lagrangian characterization of its boundary surface. An iterative algorithm for resource allocation to achieve a rate vector target with minimum power is proposed. We also propose different algorithms for resource allocation when orthogonal signaling is adopted with different hard fairness constraints. It is shown through numerical results that these orthogonal signaling fair algorithms achieve performances approaching that of the optimal delay limited strategy. We then extend our study to the downlink of multiple antenna multi-cellular wideband systems. We show how the additional spatial dimension affects the system performance in terms of spectral efficiency and minimum allocated channel gain. We propose different allocation and transmission techniques. We then extend our study to multi-cellular systems and show the benefit from using distributed antennas in terms of both system throughput and fairness. We also address another important issue of future wireless systems: Feed-back load. We propose different feed-back schemes, for MIMO-OFDMA systems with opportunistic beamforming.