Nouvelles approches pour la gestion de l’interférence dans les futurs réseaux de communications mobiles utilisant la technique NOMA

New approaches for interference management in future generation networks for 5G and beyond using NOMA

• Auteur / Autrice : Antoine Kilzi
• Direction : Catherine Douillard, Joumana Farah Francis
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Télécommunications
• Date : Soutenance le 10/02/2021
• 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 CODES - Département Mathematical and Electrical Engineering - Laboratoire en sciences et techniques de l'information, de la communication et de la connaissance
• Jury : Président / Présidente : Jean-Marie Gorce
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Catherine Douillard, Joumana Farah Francis, Didier Le Ruyet, Georges Kaddoum, Charbel Abdel Nour
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Didier Le Ruyet, Georges Kaddoum

Mots clés

Mots clés contrôlés

Écosystèmes d'applications mobiles (informatique)

Technologie 5G

Mots clés libres

Accès multiple non orthogonal

Annulation mutuelle successive des interférences

Multipoint coordonné

Communication entre appareils

Duplex intégral

Non-orthogonal multiple access

Mutual successive interference cancellation

Coordinated multipoint

Device to device

Full duplex

Résumé

La demande pour les systèmes de communications 5G et au-delà vont dans le sens de toujours plus de débit, plus de connectivité, moins de latence et plus de fiabilité. Pour répondre à cette demande en constante croissance, différentes propositions sont sur la table, allant des méthodes d’accès multiple non-orthogonales (NOMA), aux systèmes device-to-device (D2D) munis de fonctionnalité de duplex intégral (FD), en passant par des architectures de réseaux plus denses tels que les petites cellules, les systèmes d’antennes distribués (DAS) et le cloud RAN (CRAN), et employant des méthodes de coopérations inter-cellules sophistiquées telle que le coordinated multipoint (CoMP). De nouveaux éléments tels que les drones (UAV) sont également envisagés pour servir des utilisateurs. Bien que les techniques proposées ci-dessus soient de natures très variées, le dénominateur commun qui sous-tend ces technologies se rapporte à la problématique de gestion d’interférences au sens large : interférences entre utilisateurs pour le NOMA, interférences entre cellules pour les DAS et le CoMP, et interferences entre systèmes hétérogènes pour le D2D et les UAVs. Dans cette thèse, nous proposons un nouveau schéma d’annulation d’interférences basé sur les récepteurs à annulation successive d’interférence (SIC) du NOMA que nous baptisons mutual SIC. Nous montrons le grand intérêt que représente cette technique quand elle est adéquatement intégrée aux technologies mentionnées précédemment, tant dans des scénarios de minimisation de puissance de transmission que dans des scenarios de maximisation de débit total et de l’équité entre utilisateurs.

The demands for 5G systems and beyond are pushing for more throughput, more connectivity, less latency and more reliability. To meet this ever-growing demand, various proposals are on the table ranging from non-orthogonal multiple access (NOMA), device-to-device (D2D) systems with full duplex (FD) functionality, to denser network architectures such as small cells, distributed antenna systems (DAS) and cloud RAN (CRAN), and employing sophisticated inter-cell cooperation methods such as coordinated multipoint (CoMP). New elements such as unmanned aerial vehicles (UAVs) are also being considered for current and next generation networks. Although the techniques proposed above are diverse in nature, the common denominator underlying these technologies comes back to tackling the broad problem of interference management: user-to-user interference management for NOMA, cell-to-cell interference management for DAS and CoMP, and interference management between heterogeneous systems for D2Ds and UAVs. In this thesis, we propose a new interference cancellation scheme allowing for a complete interference cancellation based on the NOMA sucessive interference cancelation (SIC) receivers that we call mutual SIC. We show the great interest that this technique represents when it is adequately integrated with the above mentioned technologies, both in transmit power minimization scenarios and in rate craving scenarios of total throughput maximization with a consideration to user fairness.