WIFI Integration with LTE in the Roadmap of 5G Networks

par Danielle Saliba

Thèse de doctorat en Télécommunications

Sous la direction de Sébastien Houcke et de Rodrigue Imad.

Soutenue le 18-12-2019

à l'Ecole nationale supérieure Mines-Télécom Atlantique Bretagne Pays de la Loire , dans le cadre de École doctorale Mathématiques et sciences et technologies de l'information et de la communication (Rennes) , en partenariat avec Lab-STICC_IMTA_CACS_COM (laboratoire) , Département Signal et Communications (laboratoire) et de Laboratoire en sciences et techniques de l'information, de la communication et de la connaissance (laboratoire) .

Le président du jury était Samir Saoudi.

Le jury était composé de Rodrigue Imad, Guillaume Ferré, Joumana Farah Francis.

Les rapporteurs étaient Guillaume Ferré, Joumana Farah Francis.

mots clés

• 5G
• Réseaux hétérogènes
• Décharge et coexistence du LTE et WiFi
• Sélection des canaux dans le réseau WiFi
• Couche physique du 802.11n
• Couche physique du 802.11n
• Technologie 5G
• LTE (norme)
• IEEE 802.11 (norme)
• Valeur de Shapley

Titre traduit

Intégration WiFi et LTE dans le domaine du système 5G

Résumé

Suite à l'augmentation continue du trafic de données mobiles, la technologie 5G a été introduite pour offrir une capacité et un débit de données plus élevé. Ceci impose de nouvelles méthodes pour renforcer les capacités comme l’intégration de petites cellules, ou ajouter des nouvelles fréquences sans licence, autour de 2.4 et 5 GHz des réseaux WiFi pour former les réseaux hétérogènes. Pour ces raisons, la coopération entre WiFi et 4G ou Long Term Evolution (LTE) est nécessaire. Dans cette thèse, différents algorithmes ont été proposés pour assurer une coopération optimale entre WiFi et 4G dans le chemin du système 5G pour les réseaux hétérogènes. Notre premier algorithme calcule la valeur de la charge des canaux de la couche physique du 802.11n. Ayant cette valeur, nous présentons notre second algorithme qui propose de dimensionner un réseau WiFi pour décharger le réseau 4G en transférant les utilisateurs, qui consomment le plus de débits de données, au réseau WiFi. Finalement, nous avons calculé le profit de la coopération entre WiFi et LTE en utilisant la valeur de Shapley.

mots clés

• 5G
• Heterogeneous Networks
• LTE WiFi offload and coexistence
• WiFi Channel selection
• 802.11n physical layer
• Shapley Value profit sharing

Résumé

Following the continuous increase of the mobile data traffic, the 5G technology has been introduced to offer additional capacity and higher data rate. WiFi APs integration with mobile networks are considered as potential candidate towards the heterogenous networks. We first propose in this thesis an algorithm for the estimation of the WiFi physical channels load through the observation of the non-overlapped channels and estimating as a result the load of the entire physical channels. Then, in our second proposed algorithm, we propose to dimension the WiFi network to offload LTE network and transfer the users that consume the high level of transmission power. The algorithm calculates the minimum needed number of APs that will support the extra offloaded LTE traffic. Finally, we evaluate the benefit of the cooperation by estimating the profit share of LTE and WiFi. We calculate for each player the profit using a coalition game concept based on Shapley value.