Contrôle de la puissance pour les réseaux sans fil

par Dat Duong Phan

Thèse de doctorat en Automatique, productique

Sous la direction de Patrick Coirault et de Emmanuel Moulay.

Soutenue le 05-12-2014

à Poitiers , dans le cadre de École doctorale Sciences et ingénierie pour l'information, mathématiques (Limoges ; 2009-2018) , en partenariat avec Laboratoire d'informatique et d'automatique pour les systèmes - LIAS (Poitiers) (laboratoire) et de École nationale supérieure d'ingénieurs (Poitiers) (faculte) .

Le président du jury était Jean-Pierre Richard.

Le jury était composé de Patrick Coirault, Emmanuel Moulay, Rodolphe Vauzelle.

Les rapporteurs étaient Jean-Pierre Barbot, Christophe Prieur.

mots clés

• Commande par potentiel
• Fonction de Liapounov
• Système discret
• Système à l'entréeretardée
• Lte
• Wifi
• ZigBee
• Commande non linéaire
• Commande automatique
• Liapounov, Stabilité de
• Liapounov, Fonctions de
• Systèmes de communication sans fil

Résumé

Ce travail porte sur le contrôle de la puissance de la liaison montante (de l’appareil mobile à la station de base) dans les réseaux sans fil. Nous proposons une modélisation basée sur les équations spécifiques des réseaux sans fil qui conduit à un modèle dynamique SISO discret, avec une perturbation en sortie et un retard sur la commande. L’objectif du contrôle consiste à maintenir la puissance d’émission du noeud communicant à sa valeur minimale tout en assurant une certaine qualité de service. Cet objectif se traduit par une contrainte sur l’état. Pour résoudre ce problème de commande, nous avons développé une approche originale basée sur une commande par potentiel (Potentiel Feedback Control ). Le problème de stabilité du système discret SISO avec contrainte sur l’état est transformé en un problème de commande non linéaire non contraint. La preuve de stabilité asymptotique est obtenue par la théoriede Lyapunov. Cette stratégie a été applique au problème du contrôle de la puissance pour les normes LTE, WiFi et ZigBee. Une comparaison de cette commande avec deux autres approches (Transmit Power Control et Model Predictive Control ) montre l’avantage du PFC en terme de temps d’exécution tout en respectant la contrainte sur l’état.

mots clés

• Potential feedback control
• Lyapunov function
• Discrete-Time system
• Input delay
• Wireless network
• Lte
• WiFi
• ZigBee

Titre traduit

Power control for wireless networks

Résumé

This work focuses on the uplink (from mobile devices to base stations) power control in wireless networks. We have proposed a dynamic model deduced from some specific equations in telecommunications. This modeling method is a necessary step to solve the power control problem with automatic control approaches. Then, we have developed a nonlinear Potential Feedback Control (PFC) for a SISO discrete-time system with and without input delays and disturbances by using Lyapunov theory, which provides a way to transform a stabilization problem of a linear SISO system with a constraint on the state space into a nonlinear stabilization problem. We use this strategy of stabilization for the uplink transmission power control in LTE, WiFi, and ZigBee. A comparison of the PFC with TPC and MPC strategies has shown the advantage of the PFC in terms of execution time while respecting the constraint on the states.