Affectation de pilotes dans la liaison descendante des systèmes de télécommunication sans cellule

par Wafa Haj Hmida

Thèse de doctorat en Sciences et technologies de l'information et de la communication

Sous la direction de Vahid Meghdadi Neyshabouri et de Ammar Bouallegue.

Soutenue le 17-12-2020

à Limoges en cotutelle avec Systèmes de Communications (Tunis) , dans le cadre de École doctorale Sciences et Ingénierie des Systèmes, Mathématiques, Informatique (Limoges) , en partenariat avec XLIM (laboratoire) .

Le président du jury était Rabah Attia.

Le jury était composé de Vahid Meghdadi Neyshabouri, Ammar Bouallegue, Jean-Pierre Cances.

Les rapporteurs étaient Guillaume Ferré, Fatma Abdelkefi.


  • Résumé

    En systèmes « Cell-Free massive Multiple-Input-Multiple-Output (Cell-Free massive MIMO) » on distribue dans un territoire géographique un nombre massif de points d’accès, contrôlés par des unités centrales de processing (CPUs), afin de servir simultanément un nombre beaucoup moins inférieur au nombre d’équipements utilisateurs dans les mêmes ressources temporelles et fréquentielles. Contrairement aux systèmes MIMO massifs centralisés, « Cell-Free massive MIMO » est caractérisé par un durcissement de canal pas suffisamment accentué, c’est pourquoi il serait convenable d’inclure des pilotes envoyés en voie descendante afin d’estimer le canal descendant. Cette thèse met en exergue l’allocation de pilotes en voie descendante en systèmes « cell-free massive MIMO » moyennant une métrique qui prend en compte l’interférence inter-utilisateurs en voie descendante. Cette métrique nous donne une information sur le taux de sévérité du problème de «contamination de pilotes envoyés en voie descendante». Suite au calcul de cette métrique, un seuil d’interférence est déni pour déterminer les utilisateurs qui sont susceptibles de réutiliser le même pilote en voie descendante. Fixer un tel seuil vise à optimiser le nombre de pilotes envoyés en voie descendante, tout en maximisant le minimum du débit effectif par utilisateur en voie descendante. Cette approche donne lieu à un graphe de conflit, dans lequel chaque équipement utilisateur est considéré un nœud du graphe. C’est un problème d’optimisation combinatoire qui pourrait être résolu approximativement en utilisant un algorithme de coloriage. C’est un algorithme glouton dont les étapes sont les suivantes. En fixant un seuil adéquat, qui maximise le minimum du débit effectif en voie descendante par utilisateur, un graphe de conflit est ainsi construit. Il modélise l’interférence susceptible d’être présente parmi les équipements utilisateurs interférents, où chaque équipement utilisateur représente un noeud du graphe de conflit. Ensuite, la méthode de coloriage proposée permet de mitiger l’interférence inter-utilisateurs par l’affectation de différents pilotes en voie descendante aux équipements utilisateurs directement connectés dans le graphe de conflit, caractérisés par une interférence considérable et le même pilote aux utilisateurs, non directement connectés dans le graphe de conflit, présentent avec une interférence moins prédominante dans le graphe de conflit. Ce processus de coloriage s’effectue en accord à des règles bien déterminées. Les résultats de simulation démontrent que la méthode proposée présente des performances, en termes de débit effectif par utilisateur en voie descendante, mieux que celles des méthodes existantes à l’instar de la méthode celle qui s’appuie sur la connaissance de la statistique du canal « statistical channel state information », l’allocation orthogonale et aléatoire de pilotes en voie descendante. De surcroît, notre analyse met l’accent également sur la réduction de la charge de pilotes en voie descendante en utilisant l’allocation de pilotes en voie descendante reposant sur notre méthode proposée comparativement aux méthodes conventionnelles susmentionnés.

  • Titre traduit

    Pilot allocation in downlink for cell-free communication systems


  • Résumé

    In Cell-Free massive Multiple-Input-Multiple-Output (Cell-Free massive MIMO) systems, we distribute in a coverage area a massive number of access points, mastered by central processing units (CPUs), to simultaneously serve much smaller number of user equipments (UEs) over the same time/frequency resources. In contrast to the centralized massive MIMO, cell-free massive MIMO is characterized by a channel hardening not sufficiently accentuated, thus, it will be appropriate to include downlink (DL) pilots to estimate the DL channel. This thesis considers a DL pilot assignment for the cell-free massive MIMO systems by defining a metric, involving the inter-user interference (IUI). This metric gives insights about DL pilot contamination. A threshold is then defined to optimize the number of DL pilots, which maximizes the minimum per-user DL throughput. This approach gives a conflict graph, where each UE is regarded as a vertex of the graph. It consists in a combinatorial optimization problem that can be approximated using a graph coloring algorithm. It is a greedy algorithm whose steps are described as follows. By fixing the adequate threshold, maximizing the minimum per-user DL throughput, a conflict or interference graph is constructed. It models the potential interference among interfering UEs, the UEs between which there is an edge are in conflict, i.e., present a high IUI. Then, the proposed scheme mitigates the potential IUI by appointing different DL pilots to connected UEs with high IUI and same DL pilots to UEs with low IUI in the conflict graph in accordance with some coloring rules. The simulation results validate that the minimum per-user DL throughput based on the proposed approach outperforms the conventional methods, i.e., statistical channel state information, the orthogonal and the random pilot assignment in the DL training. Our analysis underlines also the reduction of the DL pilot overhead ratio using the DL pilot assignment based on our proposed scheme, compared to the conventional methods aforementioned.


Il est disponible au sein de la bibliothèque de l'établissement de soutenance.

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe

Où se trouve cette thèse\u00a0?

  • Bibliothèque : Université de Limoges (Bibliothèque électronique). Service Commun de la documentation.
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.