Impact du réseau d’accès radio centralisé sur les performances de la 5G

Impact of centralized-radio access network architecture on 5G performance

• Auteur / Autrice : Tania Alhajj
• Direction : Xavier Lagrange
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 17/05/2023
• Etablissement(s) : Ecole nationale supérieure Mines-Télécom Atlantique Bretagne Pays de la Loire
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur et le numérique
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Advanced technologies for operated networks - Département Systèmes Réseaux, Cybersécurité et Droit du numérique - Institut de recherche en informatique et systèmes aléatoires (Rennes)
• Jury : Président / Présidente : Thi-Mai-Trang Nguyen
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Xavier Lagrange, Nadjib Ait Saadi, Philippe Martins, Karine Cavalec-Amis, Lila Boukhatem, Loutfi Nuaymi
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Nadjib Ait Saadi, Philippe Martins

Mots clés

Mots clés contrôlés

Gestion des ressources radio

Consommation d'énergie

Fiabilité

Latence, Période de

5G (téléphonie mobile)

Mots clés libres

5g

C-Ran

Harq

Latence

Fiabilité

Consommation d’énergie

Ressources radio

5g

C-Ran

Harq

Latency

Reliability

Energy consumption

Radio resources

Résumé

Les réseaux mobiles de cinquième génération (5G) ouvrent la voie à une nouvelle architecture de réseau d’accès radio (RAN). Il s’agit du RAN centralisé (C-RAN) qui regroupe certaines des fonctions de la station de base (BS) dans une unité centrale (CU) connectée à des unités radio (RU) distribuées sur différents sites où sont implémentées les fonctions restantes de la BS. Cette thèse étudie comment tirer parti du C-RAN pour concilier haute fiabilité et faible latence d’une part et pour minimiser la consommation d’énergie de la BS d’autre part. Les transmissions mono et multi-RU, ainsi qu’un mélange des deux, sont évaluées. Nous comparons une approche mono-RU où le mécanisme de retransmission HARQ, qui combine toutes les retransmissions ARQ, est situé dans le RU à une transmission multi-RU avec un HARQ centralisé dans le CU. Nous montrons que les transmissions multi-RU offrent une fiabilité élevée et une faible latence grâce à la diversité spatiale même si la centralisation augmente le temps aller-retour. Nous considérons ensuite l’allocation de ressources radios. Nous évaluons l’énergie consommée par les BSs par un modèle de consommation qui intègre la puissance de transmission et l’énergie consommée pour le traitement. À faible charge, les transmissions multi-RU dans un C-RAN, où toutes les RUs servent un utilisateur, économisent la consommation d’énergie des BSs, sans dégrader la couverture, par rapport à la desserte d’un utilisateur avec une seule RU. Nous posons et résolvons un problème d’optimisation pour minimiser la consommation d’énergie et augmenter la capacité du système à une charge modérée en réutilisant les ressources radio entre les RUs.

Fifth Generation (5G) mobile networks are paving the way for a new Radio Ac-cess Network (RAN) architecture. This is the Centralized-RAN (C-RAN) which groups some of the Base Station (BS) functions in a Central Unit (CU) connected to Radio Units (RU) distributed in different sites where the other BS functions are implemented. This thesis studies how to take advantage of C-RAN to combine high reliability and low latency on the one hand and to minimize the power consumption of the BS on the other hand. Both single and multi-RU transmissions, as well as a mixture of both, are evaluated. We compare a single-RU approach where the Hybrid Automatic Repeat reQuest (HARQ) mechanism, which combines all the ARQ retransmissions, is located in the RU to a multi-RU transmission with an HARQ centralized in the CU. We show that multi-RU transmissions provide high reliability and low latency due to spatial diversity, even though centralization increases the round trip time. We then consider radio resource allocation. We evaluate the energy consumed by the BSs using a consumption model that integrates both the transmission power and the energy consumed for processing. At low load, multi-RU transmissions in a C-RAN, where all RUs serve one user, save BS energy consumption, without coverage degradation, compared to serving a user with a single RU. We pose and solve an optimization problem to minimize the energy consumptionand increase the capacity to moderate load by reusing radio resources between RUs.