Contributions à l'analyse des réseaux sans fil aléatoires avec interférence partielle

Contributions to the Analysis of Random Wireless Networks in Non-full Interference

• Auteur / Autrice : Mohammadreza Mardani Varmazyar
• Direction : Philippe Mary, Jean-Yves Baudais
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Télécommunications
• Date : Soutenance le 24/03/2022
• Etablissement(s) : Rennes, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques et sciences et technologies de l'information et de la communication (Rennes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut d'Électronique et de Télécommunications (Rennes)
• Jury : Président / Présidente : Ghaya Rekaya Ben Othman
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Philippe Mary, Jean-Yves Baudais, Ghaya Rekaya Ben Othman, Jean-Marie Gorce, Marios Kountouris, Didier Le Ruyet
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Jean-Marie Gorce, Marios Kountouris

Mots clés

Mots clés contrôlés

Spectres de fréquences

Allocation de ressources (radiotéléphonie)

Systèmes de télécommunications

Géométrie stochastique

Poisson, Processus de

Mots clés libres

Processus ponctuel de Poisson

Probabilité de couverture

Classification utilisateur

Partitionnement de la bande passante

Équation à point fixe

Interférence partielle

Poisson point process

Coverage probability

User classification

Bandwidth Partitioning

Fixed-point equation

Non-full interference

Résumé

La géométrie stochastique est très utilisée pour l’analyse de performance des réseaux à grande échelle. Le processus ponctuel de Poisson est le processus le plus utilisé de part sa simplicité mathématique et sa capacité à fournir des régles générales de conception radio. La plupart des travaux considèrent que toutes les stations de base du réseau, ou bien une fraction d’entre elles aléatoirement choisie, et de manière indépendante, transmettent en même temps sur le même bloc de resources. C’est ce que l’on appelle un réseau à interférence totale ou à amincissement indépendant. Ces approches ne prennent pas en compte la corrélation qu’il peut exister entre l’activité d’une station de base et la probabilité de couverture de ces utilisateurs. D’autre part, une réutilisation agressive des fréquences est préjudiciable aux utilisateurs en bord de cellule. Dans cette thèse, nous considérons le principe de réutilisation de f’réquence d’un point de vue utilisateur plutôt que d’un point de vue cellule. Selon ce point de vue, si un utilisateur n’est pas couvert sur un bloc de resources, alors la station de base ne transmet pas sur cette resource et donc ne cause pas d’interférence sur l’utilisateur typique d’une autre cellule utilisant cette resource. Cela engendre une corrélation entre l’activité d’une station de base et sa région de couverture et a pour but notamment d’améliorer la couverture de l’utilisateur de bord de cellule. Dans ce cadre théorique, les probabilités de couverture et d’activité d’une station de base sont obtenues et nous montrons qu’elles sont les solutions d’équations du point fixe. De plus, nous étudions les performances moyennes de plusieurs stratégies de partitionnement de bande et le compromis entre l’équité des différents type d’utilisateurs et leur efficacité spectrale. Finalement le compromis probabilité de couverture, efficacité spectrale d’une technique de coopération sont étudiées dans le cadre théorique proposé.

Stochastic geometry is widely used to evaluate large scale wireless networks. The Poisson point process is the most used point process for modeling the spatial location of base stations, because of its mathematical tractability and network design insights it provides. Most of the works in literature assume that either all base stations are transmitting all the time or a fraction of them but randomly chosen. This model is called full interference or independent thinning and does not take into account the correlation that may exist between the activity of a base station and the coverage probability of their users. Moreover, an aggressive frequency reuse scheme is generally not beneficial to cell edge users. In this thesis, we advance the state of art in network performance analysis a step further, by considering the frequency reuse as user centric instead of cell centric. The change of point of view implies that if a user is not covered in a given resource block, its base station does not transmit on this resource and hence does not cause interference on the typical user. This change of paradigm correlates the activity of a base station to its coverage region and aims at helping cell edge users. Under this theoretical framework, the coverage and the base station activity probabilities are derived and are shown to be the solutions of fixed point equations. Moreover, under this framework, the average performance of different bandwidth allocation is investigated and the tradeoff between the fairness and the spectral efficiency of different user types is presented. Finally, the performance of a cooperation technique is evaluated under the proposed framework of non-full interference.