Stratégies NOMA-MCM en transmission et réception pour les communications véhiculaires avancées de la 5G et au-delà

NOMA-MCM strategies in transmission and reception for advanced vehicular communications in 5G and beyond

• Auteur / Autrice : Alain Allouis
• Direction : Iyad Dayoub, Soumaya Cherkaoui
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique, microélectronique, nanoélectronique et micro-ondes
• Date : Soutenance le 11/01/2024
• Etablissement(s) : Valenciennes, Université Polytechnique Hauts-de-France
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale polytechnique Hauts-de-France (Valenciennes, Nord ; 2021-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut d'Electronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement délivrant conjointement le doctorat : Institut national des sciences appliquées Hauts-de-France (Valenciennes, Nord ; 2019-....)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Pierre Cances
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Iyad Dayoub, Soumaya Cherkaoui, Kais Hassan, Marion Berbineau, Emmanuel Moulin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Kais Hassan, Marion Berbineau

Mots clés

Mots clés contrôlés

Réseaux ad hoc de véhicules

Véhicules connectés

5G (téléphonie mobile)

Mots clés libres

Communication Véhiculaire

5G et Au-Delà

Véhicule-À-Tout (V2X)

Techniques d'Accès Multiples Non-Orthogonales (NOMA)

Modulations Multi-Porteuses

Conception Inter-Couches PHY/MAC

Vehicular Communication

5G and Beyond

Vehicle-To-Everything (V2X)

Non-Orthogonal Multiple Access (NOMA)

Multi-Carrier Modulation (MCM)

Cross-Layer Design PHY/MAC

Résumé

Le domaine des transports intelligents repose sur une infrastructure robuste de communication véhiculaire, essentielle à la gestion du trafic, à la surveillance des routes, à l'accessibilité à l'Internet des objets (IoT) et aux informations des conducteurs/passagers. Alors que la norme conventionnelle IEEE802.11p a longtemps dominé ce domaine, l'avènement de la 5G et de ses successeurs marque un changement de paradigme.Cette thèse représente une exploration complète des technologies 5G et au-delà spécifiquement adaptées aux exigences uniques de la communication véhicule-à-tout (V2X). L'objectif principal est une analyse méticuleuse de la technologie Non-Orthogonal Multiple Access (NOMA) et des schémas de modulation multiporteuse (MCM) dans le contexte des applications V2X de nouvelle génération. Au cœur de cette exploration se trouve la recherche de stratégies de conception PHY/MAC (couches physique et de contrôle d'accès au support) transversales visant à élever les performances.Le parcours de recherche commence par une vue d'ensemble introductive, plongeant dans le contexte historique et la pertinence des communications V2X, accompagnée d'un examen des diverses exigences des groupes de cas d'utilisation V2X. Ce travail préliminaire combine des connaissances issues d'organisations normatives et des dernières publications, offrant une vue d'ensemble complète du paysage historique de la communication véhiculaire.Ensuite, la thèse navigue dans le paysage contemporain, mettant l'accent sur l'application des technologies 5G aux différents cas d'utilisation V2X. Elle cartographie la relation entre les groupes de cas d'utilisation V2X et les technologies habilitantes tout en explorant l'architecture hiérarchique 5G V2X. Cette exploration fait le lien entre les exigences actuelles de communication, les normes existantes et les directions de recherche ouvertes ainsi que les défis imminents.Le cœur de la thèse tourne autour de l'exploration des implications des schémas NOMA et MCM dans les applications V2X de prochaine génération. La culmination de cette recherche se manifeste dans un paradigme de conception transversale axé sur l'amélioration des performances et de l'adaptabilité des systèmes de communication cellulaires véhiculaires à tout (C-V2X). En disséquant les mécanismes NOMA au sein des couches physique et de contrôle d'accès au support (PHY/MAC), cette étude démontre des améliorations substantielles des performances de débit par rapport aux systèmes d'accès multiple orthogonal (OMA) conventionnels.Les résultats de cette thèse aspirent à contribuer à des solutions avancées pour les futurs systèmes de transport autonomes et connectés, avec un accent spécifique sur l'amélioration des performances des couches physique et d'accès au support dans des scénarios V2X sophistiqués.

The realm of intelligent transportation hinges upon robust vehicular communication infrastructure, vital for traffic management, road monitoring, Internet of Things (IoT) accessibility, and driver/passenger information. While the conventional IEEE802.11p standard has long dominated this domain, the advent of 5G and its successors marks a paradigm shift.This thesis represents a comprehensive exploration of 5G and beyond technologies specifically tailored to the unique demands of Vehicle-to-Everything (V2X) communication. The primary aim is a meticulous analysis of Non-Orthogonal Multiple Access (NOMA) technology and Multi-Carrier Modulation (MCM) schemes within the context of next-generation V2X applications. Central to this exploration is the pursuit of cross-layer PHY/MAC (Physical Layer/Medium Access Control) design strategies aimed at elevating performance benchmarks.The research journey begins with an introductory overview, delving into the historical context and relevance of V2X communications, accompanied by an examination of the diverse requirements across V2X use case groups. This foundational groundwork combines insights from normative organizations and the latest literature, providing a comprehensive overview of the historical landscape of vehicular communication.Subsequently, the thesis navigates the contemporary landscape, emphasizing the application of 5G enabling technologies to various V2X use cases. It maps the relationship between V2X Use Case Groups and Enabling Technologies while exploring the Hierarchical 5G V2X high-level architecture. This exploration bridges current communication requirements and existing standards with open research directions and impending challenges.The core of the thesis revolves around the exploration of NOMA and MCM schemes' implications within next-generation V2X applications. The culmination of this research manifests in a cross-layer design paradigm focusing on the enhancement of performance and adaptability within cellular vehicle-to-everything (C-V2X) communication systems. By dissecting NOMA mechanisms within the Physical/Medium Access Control (PHY/MAC) layers, this study demonstrates substantial throughput performance improvements compared to conventional Orthogonal Multiple Access (OMA) systems.The outcomes of this thesis aspire to contribute advanced solutions for future autonomous and connected transport systems, with a specific emphasis on the enhancement of physical and medium access layer performance within sophisticated V2X scenarios.