Modélisation 3D du canal de propagation massive MIMO en environnement outdoor

3D Massive MIMO propagation channel modelling and characterization in outdoor environment

• Auteur / Autrice : Nada Bel-Haj-Maati
• Direction : Michel Ney
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Télécommunications
• Date : Soutenance le 08/03/2021
• Etablissement(s) : Ecole nationale supérieure Mines-Télécom Atlantique Bretagne Pays de la Loire
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques et sciences et technologies de l'information et de la communication (Rennes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Equipe PIM - Département Micro-Ondes - Laboratoire en sciences et techniques de l'information, de la communication et de la connaissance
• Partenaire(s) de recherche : Entreprise : Orange (Firme)
• Jury : Président / Présidente : Maryline Hélard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Martine Liénard, Rodolphe Vauzelle, Christophe Delaveaud, Nadine Malhouroux
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Martine Liénard, Rodolphe Vauzelle

Mots clés

Mots clés contrôlés

5G (téléphonie mobile)

Radiofréquences

Tracé de rayons 3D (optique)

Systèmes à entrées multiples et à sorties multiples

Mots clés libres

Modèles de propagation

Massive MIMO

Tracé de rayons

Paramètres spatio spatio-Temporels

Direction d’arrivée

Mesures RF

5G

Propagation model model

Massive MIMO

Ray tracing

Space-Time parameters

Direction of Arrival

RF measurements

5G

Résumé

La nouvelle génération des technologies mobiles 5G doit répondre à une connectivité massive et à des services de plus en plus exigeants en termes de débit, latence, ou d’énergie. Les systèmes massive MIMO promettent d’apporter une grande amélioration des performances, tout en garantissant une excellente efficacité spectrale et énergétique. Pour ce faire, une parfaite connaissance de la propagation par multi-trajets en environnements extérieurs est nécessaire. C’est dans cette optique qu’Orange Labs a développé Starlight, un modèle de propagation à rayons, pour simuler les multi-trajets en environnement extérieur. Si des études du canal de propagation massive MIMO ont déjà été réalisées et étudiées pour validation, peu d’entre elles traitent des canaux dans un contexte 5G à 3,7 GHz (la « bande-cœur » de la 5G), dans différents environnements extérieurs et s’intéressent à la caractérisation spatio-temporelle 3D du canal. Ainsi, les étalements de retards DS (Delay spread), angulaires en azimut AAS (Azimuth Angular Spread) et en élévation EAS (Elevation Angular Spread) sont étudiés. L’objectif de cette thèse est d’apporter une caractérisation expérimentale 3D du canal de propagation massive MIMOen étudiant les paramètres spatio-temporels selon chaque environnement de propagation. Les simulations ont ensuite été comparées aux mesures afin de valider le modèle de propagation. Des algorithmes spécifiques ont été mis en place pour extraire les rayons à partir des mesures afin d’assurer une comparaison équitable avec les simulations. L’analyse statistique a permis de caractériser la propagation par multi-trajets selon le type d’environnement de propagation et apporter une amélioration des modèles existants.

The novel 5G technology generation for mobile communication should meet new challenges in terms of massive connectivity, new services, higher bit rates rates, lower latency and energy consumption. MIMO systems are seen as the solution to bring some substantial improvement of perf ormances while insuring high spectrum efficiency . To meet these objectives a good knowledge of the multipath propagation signal is required. This is why Orange Labs has developed "Starlight", a ray ray-model of propagation in outdoor and indoor environment. Investigations on massive MIMO channel propagation have been already carried out for validation. However, very few have treated channels in the 5G context at 3.7 GHz in different outdoor environments and focused on 3D space space-time characterization. Hence, Delay Spread as well as Azimuth and Elevation Angular Spread are studied. The objective of the thesis is to provide a 3D massive MIMO channel propagation experimental characterization by studying the space-time parameters for every propagation environment . Simulations are then compared to measurements to validate the propagation model. Specific algorithms were implemented to extract rays from measurements to insure a fair comparison with the simulations. A statistical analysis allowed one to characterize the ray path propagation according to the type of environment and to bring some improvement to existing models.