Littérature scientifique sur le sujet « Coordination des interférences intercellulaires »

Cette thèse étudie l'impact de l'interférence résiduelle d'un système CDMA comme l'UMTS sur la couverture et la capacité du réseau. L'interférence résiduelle dépend des propriétés des codes d'étalement utilisés et des techniques de réception choisies. Plusieurs procédures complémentaires sont mises en œuvre dans le système pour contrôler le niveau d'interférence créée: contrôle de puissance, contrôle d'admission et allocation de ressources. La première partie de la thèse est focalisée sur les techniques de réception. Deux familles de récepteurs sont étudiées et comparées en terme de performances: les récepteurs à corrélation (récepteur RAKE) et les récepteurs linéaires en bloc multi-utilisateurs. Différentes approches pour l'évaluation des performances des récepteurs ont été analysées et comparées: le calcul exact, le calcul approché basé aussi bien sur le modèle gaussien des interférences que sur le développement en série de Taylor de la probabilité moyenne de l'erreur et le calcul asymptotique pour des grands facteurs d'étalement. La complexité de mise en œuvre des algorithmes de réception est aussi discutée. Nous avons proposé un récepteur linéaire en bloc sous-optimal basé sur un découpage du traitement en sous-blocs. Le compromis entre complexité et performance de cet algorithme a été optimisé. A fin d'évaluer l'influence du choix du récepteur sur les autres procédures mises en œuvre au niveau système, la deuxième partie est consacrée à l'analyse et la modélisation des interférences en sortie d'un récepteur RAKE ou d'un récepteur linéaire en bloc. La validité du modèle gaussien qui présente beaucoup d'avantages, a été discutée dans deux cas extrêmes: codes courts et périodiques et codes longs et aléatoires. La prise en compte d'un modèle d'interférence avec différents niveaux de simplification a été introduit dans des quelques exemples d'études système: contrôle d'admission et allocation des codes, contrôle de puissance, compromis entre couverture et capacité
This thesis analyses the impact of residual interference of a CDMA system such as UMTS on the coverage and capacity of the network. The residual interference depends on the spreading code properties and also on the chosen receiver technique. Several complementary procedures are mounted in the system level in order to control the interference level: power control, admission control and resource allocation. The first part of the thesis is focused on the receiver techniques. Two receiver families are studied and compared in terms of performance: the correlation receivers (RAKE receiver) and the multiuser bloc linear receivers. Different approaches for performance evaluation of the receivers are analysed and compared: exact calculus, approximate calculus based either on the gaussian model of interference or approximate based on the development of the mean error probability in Taylor series and the asymptotic evaluation for systems with great spreading factors. The complexity of implementation of the receiver has also been considered. We proposed a linear bloc-sub-optimal receiver based on splitting the processing in sub blocs. The tradeoff between complexity and performances of such a receiver has been optimised. In order to evaluate the impact of the receiver choice on the other procedures mounted in the system level, the second part is focused on the analysis of the interference at the output of a RAKE receiver or a bloc linear receiver. The goodness of the gaussian model, which presents a lot of advantages, has been discussed. The interference model has been taken into consideration with different level of simplifications and introduced in some system study examples: call admission and code allocation, power allocation, and the resulting tradeoff between coverage and capacity

La transduction des messages hormonaux en signaux calciques est un des moyens fondamentaux dont disposent les cellules pour communiquer. L'elevation de la ca#2#+#i generee par un agoniste peut etre propagee a l'ensemble d'une cellule, puis a d'autres cellules sous la forme de vagues calciques intracellulaires, puis intercellulaires. Les mecanismes de propagation orientee de ces vagues sont mal connus, notamment dans le foie. Dans la plupart des systemes deja etudies, la propagation orientee d'une vague calcique resulte, apres stimulation d'une cellule du systeme, de la diffusion d'un second messager a l'ensemble des cellules au travers des jonctions communicantes. Les reponses calciques sequentielles et orientees observees au sein de systemes multicellulaires fraichement isoles d'hepatocytes - ou vagues calciques interhepatocytaires - generees par la stimulation globale de ces cellules couplees, ne peuvent pas etre expliquees par un tel mecanisme de propagation. Dans nos conditions experimentales, le role fondamental des jonctions communicantes est de coordonner entre eux les signaux calciques des differentes cellules couplees. Nous avons par ailleurs apporte de nombreux arguments en faveur de l'existence d'un gradient de sensibilite aux agonistes entre hepatocytes adjacents au sein de systemes multicellulaires fraichement isoles. Ce gradient resulte d'une heterogeneite graduelle du nombre de recepteurs hormonaux, demontree dans le globule hepatique pour le recepteur v1a de la vasopressine. La sensibilite graduelle des hepatocytes aux agonistes expliquerait le profil sequentiel des reponses calciques, ainsi que leur caractere oriente. Dans le foie, des fonctions telles que la secretion biliaire et la contraction canaliculaire pourraient etre orientees dans le lobule hepatique par ce type de vagues calciques interhepatocytaires. Un mecanisme analogue d'orientation, c'est-a-dire une heterogeneite graduelle de sensibilite a un agoniste ou a un second messager, a ete rapporte pour la propagation de certaines vagues calciques intracellulaires. Ainsi, ce type d'organisation - a l'echelon cellulaire ou multicellulaire - pourrait correspondre a une strategie plus generale regulant la propagation des signaux dans une cellule ou entre plusieurs cellules eucaryotes.

Grâce aux avancées technologiques dans le domaine des réseaux cellulaires et des équipements mobiles, le nombre d'applications multimédia à haut débit dans les réseaux mobiles ne cesse d'augmenter. On prévoit que le trafic de données dans les réseaux mobiles en 2017 sera 13 fois plus important que celui en 2012. Pour satisfaire aux besoins des équipements mobiles, de nouvelles approches pour la gestion des ressources radio et des puissances de transmission sont requises.Dans le cadre de cette thèse, on s'intéresse à proposer des solutions pour remédier aux problèmes des interférences intercellulaires dans les réseaux mobiles de dernière génération. Nous enquêtons d'une manière exhaustive les différentes techniques de coordination des interférences intercellulaires existantes. Ces techniques sont qualitativement comparées, puis classées selon le taux de coopération requis entre les différentes stations de base, mais aussi selon leurs principes de fonctionnement. Nous abordons également le problème multicellulaire d'allocation des ressources et des puissances de transmission d'une manière centralisée. Nous formulons ce problème d'optimisation centralisé, puis nous le décomposons en deux sous-problèmes indépendants : l'allocation de ressources et l'allocation des puissances de transmission. De plus, une approche distribuée basée sur la théorie des jeux est proposée pour l'allocation des puissances de transmission. Les techniques centralisées de minimisation des interférences intercellulaires offrent la solution optimale au prix d'une grande charge de signalisation. Par contre, les solutions décentralisées réduisent le trafic de signalisation sans garantir l'optimalité de la solution obtenue. Nous proposons ensuite une heuristique de contrôle de puissance qui modifie localement l'allocation des puissances de transmission de manière à éviter le gaspillage d'énergie et pour réduire les interférences ressenties par les utilisateurs des stations de base voisines. Nous proposons également une technique autonome qui gère la distribution des ressources radio entre les différentes zones de chaque cellule. Cette technique répond aux besoins des utilisateurs dans chaque zone en adaptant la distribution des ressources d'une manière dynamique. Nous abordons aussi le compromis entre les techniques de gestion d'interférences intercellulaires centralisées et décentralisées. Nous proposons une approche hybride où l'allocation des ressources radio et des puissances de transmission est faite d'une manière coopérative entre les différentes cellules. Dans un premier lieu, les cellules voisines collaborent afin d'ajuster les puissances de transmission allouées aux ressources radio. Ensuite, la distribution des ressources entre les différentes zones de chaque cellule est modifiée localement, selon les besoins des utilisateurs dans chaque zone
The exponentially increasing demand for mobile broadband communications have led to the dense deployment of cellular networks with aggressive frequency reuse patterns. The future Fifth Generation (5G) networks are expected to overcome capacity and throughput challenges by adopting a multi-tier architecture where several low-power Base Stations (BSs) are deployed within the coverage area of the macro cell. However, Inter-Cell Interference (ICI) caused by the simultaneous usage of the same spectrum in different cells, creates severe problems. ICI reduces system throughput and network capacity, and has a negative impact on cell-edge User Equipment (UE) performance. Therefore, Inter-Cell Interference Coordination (ICIC) techniques are required to mitigate the impact of ICI on system performance. In this thesis, we address the resource and power allocation problem in multiuser Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA) networks such as LTE/LTE-A networks and dense small cell networks. We start by overviewing the state-of-the-art schemes, and provide an exhaustive classification of the existing ICIC approaches. This qualitative classification is followed by a quantitative investigation of several interference mitigation techniques. Then, we formulate a centralized multi-cell joint resource and power allocation problem, and prove that this problem is separable into two independent convex optimization problems. The objective function of the formulated problem consists in maximizing system throughput while guaranteeing throughput fairness between UEs. ICI is taken into account, and resource and power allocation is managed accordingly in a centralized manner. Furthermore, we introduce a decentralized game-theoretical method to solve the power allocation problem without the need to exchange signaling messages between the different cells. We also propose a decentralized heuristic power control algorithm based on the received Channel Quality Indication (CQI) feedbacks. The intuition behind this algorithm is to avoid power wastage for UEs that are close to the serving cell, and reducing ICI for UEs in the neighboring cells. An autonomous ICIC scheme that aims at satisfying throughput demands in each cell zone is also introduced. The obtained results show that this technique improves UE throughput fairness, and it reduces the percentage of unsatisfied UEs without generating additional signaling messages. Lastly, we provide a hybrid ICIC scheme as a compromise between the centralized and the decentralized approaches. For a cluster of adjacent cells, resource and power allocation decisions are made in a collaborative manner. First, the transmission power is adjusted after receiving the necessary information from the neighboring cells. Second, resource allocation between cell zones is locally modified, according to throughput demands in each zone

La thèse étudie des méthodes d'allocation de ressources, distribuées par station de base (BS) dans les réseaux OFDMA multi-cellulaires. L'objectif est de fournir la Qualité de Service (QdS) requise par chaque utilisateur, quelle que soit sa localisation dans la cellule. Les travaux portent d'abord sur la coordination causale de réseaux. Deux BSs forment un lien MIMO virtuel pour les utilisateurs localisés en bordure de cellule. Ces utilisateurs bénéficient d'un gain de diversité et d'une diminution de l'interférence inter-cellulaire. L'efficacité de la méthode d'allocation de ressources associée dépend de l'équité du contrôle de puissance. En conséquence, la coordination de réseaux est utilisée pour les utilisateurs à Débit Contraint (DC), mais pas pour les utilisateurs Best Effort (BE), dans un algorithme permettant de gérer conjointement les deux objectifs de QdS. La thèse étudie ensuite les réseaux totalement distribués. Pour les utilisateurs DC, une méthode d'allocation de ressources incluant une allocation de puissance itérative est déterminée pour résoudre le problème Margin Adaptive. Cette méthode est étendue aux utilisateurs DC en MIMO, lorsque le transmetteur connaît tout l'information de canal, ou uniquement ses caractéristiques statistiques. Pour les utilisateurs BE, enfin, l'objectif est de maximiser la somme des débits pondérés, le poids de chaque utilisateur étant proportionnel à la longueur de sa file d'attente. Une méthode d'allocation de sous-porteuses, déduite d'un graphe d'interférence, et une méthode de contrôle de puissance distribuée sont proposées pour résoudre ce problème d'optimisation.

La thèse étudie des méthodes d'allocation de ressources, distribuées par station de base (BS) dans les réseaux OFDMA multi-cellulaires. L'objectif est de fournir la Qualité de Service (QdS) requise par chaque utilisateur, quelle que soit sa localisation dans la cellule. Les travaux portent d'abord sur la coordination causale de réseaux. Deux BSs forment un lien MIMO virtuel pour les utilisateurs localisés en bordure de cellule. Ces utilisateurs bénéficient d'un gain de diversité et d'une diminution de l'interférence inter-cellulaire. L'efficacité de la méthode d'allocation de ressources associée dépend de l'équité du contrôle de puissance. En conséquence, la coordination de réseaux est utilisée pour les utilisateurs à Débit Contraint (DC), mais pas pour les utilisateurs Best Effort (BE), dans un algorithme permettant de gérer conjointement les deux objectifs de QdS. La thèse étudie ensuite les réseaux totalement distribués. Pour les utilisateurs DC, une méthode d'allocation de ressources incluant une allocation de puissance itérative est déterminée pour résoudre le problème Margin Adaptive. Cette méthode est étendue aux utilisateurs DC en MIMO, lorsque le transmetteur connaît tout l'information de canal, ou uniquement ses caractéristiques statistiques. Pour les utilisateurs BE, enfin, l'objectif est de maximiser la somme des débits pondérés, le poids de chaque utilisateur étant proportionnel à la longueur de sa file d'attente. Une méthode d'allocation de sous-porteuses, déduite d'un graphe d'interférence, et une méthode de contrôle de puissance distribuée sont proposées pour résoudre ce problème d'optimisation
The thesis studies resource allocation methods, distributed per base station (BS) in multi-cellular OFDMA networks. The objective is to provide the Quality of Service (QoS) requested by each user, whatever its location in the cell. First, it investigates causal network coordination in distributed networks. Two BSs form a virtual Multiple Input, Multiple Output (MIMO) array for the users located at the border of cells. These users thus benefit from a diversity gain, and from inter-cell interference mitigation. The efficiency of the associated resource allocation method depends on the fairness of the power control objective. Thus, network coordination is used for Rate Constrained (RC) users, but not for Best Effort (BE) users, in a proposed algorithm that jointly manages both QoS objectives. The thesis next considers the more general perspective of fully distributed networks. For RC users, a resource allocation process with iterative interference-based power allocation is determined to solve the Margin Adaptive problem. It includes a distributed constraint that guarantees power control convergence. The proposed method is extended to RC users in MIMO, both when full Channel State Information is available at transmission, and when only the statistical properties of the channel are available at transmission. Finally, for BE users, the objective is to maximize the weighted sum throughput, where the weight of each user is proportional to its queue length. A subcarrier allocation method, deduced from a network-wide interference graph, and a distributed power control method are proposed for that optimization problem

La croissance exponentielle du nombre de dispositifs communicants et des services sans fils émergents fixe des objectifs toujours plus haut pour répondre à la demande de capacité sans cesse croissante des utilisateurs. Cela pose des défis constants pour atteindre les objectifs envisagés. La réutilisation spectrale élevée (High efficiency spectral reuse) a été adopté, cependant, elle conduit à des interférences accrues sur le réseau, ce qui dégrade les performances. L'OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) est utilisé comme solution dans les réseaux de 4 G. Grâce à son orthogonalité, l'OFDM élimine l'interférence intra-cellulaire, mais l'interférence inter-cellule reste importante. Plusieurs méthodes connues sous le nom d'Inter-Cell interférences coordination (ICIC) ont été proposées pour les diminuer. L'ICIC permet la gestion des ressources radio coordonnée entre plusieurs cellules appelées ENodeB. Ces eNodeB peuvent partager les informations nécessaires grâce à l'interface X2 qui les relient, ces informations sont transmises par des messages LTE normalisés. Lorsque les ENodeBs sélectionnent égoïstement les ressources, la théorie de jeux non-coopératifs est largement appliquée pour trouver un juste équilibre. Dans cette thèse, nous mettons l'accent sur l'ICIC pour la liaison descendante d'un système OFDMA cellulaire dans le contexte du projet SOAPS (Spectrum opportuniste accès à la Sécurité publique). Ce projet a pour but l'amélioration de la planification des ressources de fréquences pour fournir des services à large bande dans les systèmes PMR (radiocommunications mobiles privées) en utilisant les technologies LTE. Nous adressons le problème d'ICIC en proposant quatre solutions différentes sous forme d'algorithmes entièrement décentralisés, ces algorithmes se basent sur la théorie des jeux non-coopératifs avec des équilibres de Nash purs des jeux considérés
The exponential growth in the number of communications devices has set out new ambitious targets to meet the ever-increasing demand for user capacity in emerging wireless systems. However, the inherent impairments of communication channels in cellular systems pose constant challenges to meet the envisioned targets. High spectral reuse efficiency was adopted as a solution to higher data rates. Despite its benefits, high spectral reuse leads to increased interference over the network, which degrades performances of mobile users with bad channel quality. To face this added interfence, OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) is used for the new 4th generation network. Thanks to its orthogonality OFDM eliminates the intra-cellular interference, but when the same resources are used in two adjacents cells, the inter-cell interference becomes severe. To get rid of the latter, several methods for Inter-Cell Interference Coordination (ICIC) have been proposed. ICIC allows coordinated radio resources management between multiple cells. The eNodeBs can share resource usage information and interference levels over the X2 interface through LTE-normalized messages. Non-cooperative game theory was largely applied were eNodeBs selfishly selects resource blocks (RBs) in order to minimize interference. In this thesis, we stress on ICIC for the downlink of a cellular OFDMA system in the context of the SOAPS (Spectrum Opportunistic Access in Public Safety) project. This project focuses on the improvement of frequency resource scheduling for Broadband Services provision by PMR (Private Mobile Radio) systems using LTE technologies. We addressed this problem with four different solutions based on Non-cooperative game theory, three algorithms are devoted to RB selection in order to manage the interference, while the last one is a power control scheme with power economy and enhanced system performances