Tesi: "5G (téléphonie mobile) – Cartes"

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Mallik, Mohammed Tariqul Hassan. "Electromagnetic Field Exposure Reconstruction by Artificial Intelligence". Electronic Thesis or Diss., Université de Lille (2022-....), 2023. https://pepite-depot.univ-lille.fr/ToutIDP/EDENGSYS/2023/2023ULILN052.pdf.

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Abstract (sommario):

Le sujet de l'exposition aux champs électromagnétiques a fait l'objetd'une grande attention à la lumière du déploiement actuel du réseaucellulaire de cinquième génération (5G). Malgré cela, il reste difficilede reconstituer avec précision le champ électromagnétique dans unerégion donnée, faute de données suffisantes. Les mesures in situ sontd'un grand intérêt, mais leur viabilité est limitée, ce qui renddifficile la compréhension complète de la dynamique du champ. Malgré legrand intérêt des mesures localisées, il existe encore des régions nontestées qui les empêchent de fournir une carte d'exposition complète. Larecherche a exploré des stratégies de reconstruction à partird'observations provenant de certains sites localisés ou de capteursdistribués dans l'espace, en utilisant des techniques basées sur lagéostatistique et les processus gaussiens. En particulier, desinitiatives récentes se sont concentrées sur l'utilisation del'apprentissage automatique et de l'intelligence artificielle à cettefin. Pour surmonter ces problèmes, ce travail propose de nouvellesméthodologies pour reconstruire les cartes d'exposition aux CEM dans unezone urbaine spécifique en France. L'objectif principal est dereconstruire des cartes d'exposition aux ondes électromagnétiques àpartir de données provenant de capteurs répartis dans l'espace. Nousavons proposé deux méthodologies basées sur l'apprentissage automatiquepour estimer l'exposition aux ondes électromagnétiques. Pour la premièreméthode, le problème de reconstruction de l'exposition est défini commeune tâche de traduction d'image à image. Tout d'abord, les données ducapteur sont converties en une image et l'image de référencecorrespondante est générée à l'aide d'un simulateur basé sur le tracédes rayons. Nous avons proposé un réseau adversarial cGAN conditionnépar la topologie de l'environnement pour estimer les cartes d'expositionà l'aide de ces images. Le modèle est entraîné sur des images de cartesde capteurs tandis qu'un environnement est donné comme entréeconditionnelle au modèle cGAN. En outre, la cartographie du champélectromagnétique basée sur le Generative Adversarial Network estcomparée au simple Krigeage. Les résultats montrent que la méthodeproposée produit des estimations précises et constitue une solutionprometteuse pour la reconstruction des cartes d'exposition. Cependant,la production de données de référence est une tâche complexe car elleimplique la prise en compte du nombre de stations de base actives dedifférentes technologies et opérateurs, dont la configuration du réseauest inconnue, par exemple les puissances et les faisceaux utilisés parles stations de base. En outre, l'évaluation de ces cartes nécessite dutemps et de l'expertise. Pour répondre à ces questions, nous avonsdéfini le problème comme une tâche d'imputation de données manquantes.La méthode que nous proposons prend en compte l'entraînement d'un réseauneuronal infini pour estimer l'exposition aux champs électromagnétiques.Il s'agit d'une solution prometteuse pour la reconstruction des cartesd'exposition, qui ne nécessite pas de grands ensembles d'apprentissage.La méthode proposée est comparée à d'autres approches d'apprentissageautomatique basées sur les réseaux UNet et les réseaux adversairesgénératifs conditionnels, avec des résultats compétitifs
The topic of exposure to electromagnetic fields has received muchattention in light of the current deployment of the fifth generation(5G) cellular network. Despite this, accurately reconstructing theelectromagnetic field across a region remains difficult due to a lack ofsufficient data. In situ measurements are of great interest, but theirviability is limited, making it difficult to fully understand the fielddynamics. Despite the great interest in localized measurements, thereare still untested regions that prevent them from providing a completeexposure map. The research explored reconstruction strategies fromobservations from certain localized sites or sensors distributed inspace, using techniques based on geostatistics and Gaussian processes.In particular, recent initiatives have focused on the use of machinelearning and artificial intelligence for this purpose. To overcome theseproblems, this work proposes new methodologies to reconstruct EMFexposure maps in a specific urban area in France. The main objective isto reconstruct exposure maps to electromagnetic waves from some datafrom sensors distributed in space. We proposed two methodologies basedon machine learning to estimate exposure to electromagnetic waves. Forthe first method, the exposure reconstruction problem is defined as animage-to-image translation task. First, the sensor data is convertedinto an image and the corresponding reference image is generated using aray tracing-based simulator. We proposed an adversarial network cGANconditioned by the environment topology to estimate exposure maps usingthese images. The model is trained on sensor map images while anenvironment is given as conditional input to the cGAN model.Furthermore, electromagnetic field mapping based on the GenerativeAdversarial Network is compared to simple Kriging. The results show thatthe proposed method produces accurate estimates and is a promisingsolution for exposure map reconstruction. However, producing referencedata is a complex task as it involves taking into account the number ofactive base stations of different technologies and operators, whosenetwork configuration is unknown, e.g. powers and beams used by basestations. Additionally, evaluating these maps requires time andexpertise. To answer these questions, we defined the problem as amissing data imputation task. The method we propose takes into accountthe training of an infinite neural network to estimate exposure toelectromagnetic fields. This is a promising solution for exposure mapreconstruction, which does not require large training sets. The proposedmethod is compared with other machine learning approaches based on UNetnetworks and conditional generative adversarial networks withcompetitive results

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Zhang, Chao. "Caractérisation des performances limites des jeux non-coopératifs avec observation imparfaite : application à la téléphonie mobile 5G". Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017SACLS570/document.

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Abstract (sommario):

Une grande partie des résultats rapportés dans cette thèse est basée sur une observation qui n'a jamais été faite pour les communications sans fil et le contrôle de puissance en particulier: les niveaux de puissance d'émission et plus généralement les matrices de covariance peuvent être exploitées pour intégrer des informations de coordination. Les échantillons de rétroaction dépendants des interférences peuvent être exploités comme canal de communication. Premièrement, nous montrons que le fameux algorithme itératif de remplissage d'eau n'exploite pas suffisamment l'information disponible en termes d'utilité-somme. En effet, nous montrons que l'information globale d'état de canal peut être acquise à partir de la seule connaissance d'une rétroaction de type SINR. Une question naturelle se pose alors. Est-il possible de concevoir un algorithme de contrôle de puissance distribué qui exploite au mieux les informations disponibles? Pour répondre à cette question, nous dérivons la caractérisation de la région d'utilité pour le problème considéré et montrons comment exploiter cette caractérisation non seulement pour mesurer globalement l'efficacité mais aussi pour obtenir des fonctions de contrôle de puissance à un coup efficaces au niveau global. Motivés par le succès de notre approche sur les réseaux d'interférences mono bande et multibande, nous nous sommes demandé si elle pourrait être exploitée pour les réseaux MIMO. Nous avons identifié au moins un scénario très pertinent. En effet, nous montrons que l'alignement d'interférence opportuniste peut être implémenté en supposant seulement une rétroaction de covariance d'interférence plus bruit à l'émetteur secondaire. Puis, dans le dernier chapitre, nous généralisons le problème de la quantification, la motivation étant donnée par certaines observations faites dans les chapitres précédents. Premièrement, nous supposons que le quantificateur et le déquantificateur sont conçus pour maximiser une fonction d'utilité générale au lieu de la fonction de distorsion classique. Deuxièmement, nous supposons que le quantificateur et le déquantificateur peuvent avoir des fonctions d'utilité différentes. Cela soulève des problèmes techniques non triviaux, notre revendication est de faire un premier pas dans la résolution d'eux
A large part of the results reported in this thesis is based on an observation which has never been made for wireless communications and power control in particular: transmit power levels and more generally transmit covariance matrices can be exploited to embed information such as coordination information and available interference-dependent feedback samples can be exploited as a communication channel. First, we show that the famous iterative water-filling algorithm does not exploit the available information sufficiently well in terms of sum-utility. Indeed, we show that global channel state information can be acquired from the sole knowledge of an SINR-type feedback. A natural question then arises. Is it possible to design a distributed power control algorithm which exploits as well as possible the available information? To answer this question, we derive the characterization of the utility region for the considered problem and show how to exploit this characterization not only to measure globally efficiency but also to obtain globally efficient one-shot power control functions. Motivated by the success of our approach for single-band and multi-band interference networks, we asked ourselves whether it could be exploited for MIMO networks. We have identified at least one very relevant scenario. Indeed, we show that opportunistic interference alignment can be implemented by only assuming interference-plus-noise covariance feedback at the secondary transmitter. Then, in the last chapter, we generalize the problem of quantization, the motivation for this being given by some observations made in the previous chapters. First, we assume that the quantizer and de-quantizer are designed to maximize a general utility function instead of the conventional distortion function. Second, we assume that the quantizer and de-quantizer may have different utility functions. This raises non-trivial technical problems, our claim is to make a very first step into solving them

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Mohammadi, Alireza. "Cloud Native MANO for Next Generation Mobile Networks". Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2023. https://accesdistant.sorbonne-universite.fr/login?url=https://theses-intra.sorbonne-universite.fr/2023SORUS633.pdf.

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Abstract (sommario):

Cette thèse cristallise des contributions significatives articulées autour de concepts intégraux tels que DevOps cohérent et l’automatisation déclarative pour réaliser une pile MANO cloud natif, spécialisé pour des réseaux de télécommunications. Ces principes sont appliqués dans le contexte des systèmes multi-x, où « x » représente diverses dimensions telles que le fournisseur RAN, l’OS et le cloud, traitant plusieurs niveaux d’hétérogénéité et de diversité des réseaux modernes. Interprétant le multi-x comme une extension cloud natif de l’écosystème Open RAN, cette thèse est conçu et validé à travers un prototype concret et un pilot pour les réseaux 5G multi-fournisseurs. Cela répond parfaitement aux complexités des systèmes MANO dans le contexte des déploiements dans des clouds privés et publics en intégrant des technologies avancées telles que eBPF et des développements récents dans le domaine cloud natif, notamment Kubernetes
This thesis crystallizes significant contributions pivoted around integral concepts such as Consistent DevOps and Declarative Automation to realize the envisioned cloud-native MANO. These principles are applied in the context of multi-x systems, where ‘x’ represents various dimensions such as RAN vendor, OS, and cloud, addressing the level of heterogeneity and diversity in the modern networks. Interpreting multi-x as a cloud-native extension to the Open RAN ecosystem, the thesis is conceived and validated through a concrete proof-of-concept prototype for multi-vendor 5G networks. This addresses the complexities of next generation private and public cloud-native MANO systems by incorporating advanced technologies such as eBPF and recent developments in the cloud-native domain, including Kubernetes

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Oussakel, Imane. "4G/5G cellular networks metrology and management". Thesis, Toulouse 3, 2020. http://www.theses.fr/2020TOU30261.

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Abstract (sommario):

La prolifération d'applications et de services sophistiqués s'accompagne de diverses exigences de performances, ainsi que d'une croissance exponentielle du trafic pour le lien montant (uplink) et descendant (downlink). Les réseaux cellulaires tels que 4G et 5G évoluent pour prendre en charge cette quantité diversifiée et énorme de données. Le travail de cette thèse vise le renforcement de techniques avancées de gestion et supervision des réseaux cellulaires prenant l'explosion du trafic et sa diversité comme deux des principaux défis dans ces réseaux. La première contribution aborde l'intégration de l'intelligence dans les réseaux cellulaires via l'estimation du débit instantané sur le lien montant pour de petites granularités temporelles. Un banc d'essai 4G temps réel est déployé dans ce but de fournir un benchmark exhaustif des métriques de l'eNB. Des estimations précises sont ainsi obtenues. La deuxième contribution renforce le découpage 5G en temps réel au niveau des ressources radio dans un système multicellulaire. Pour cela, deux modèles d'optimisation ont été proposés. Du fait de leurs temps d'exécution trop long, des heuristiques ont été développées et évaluées en comparaisons des modèles optimaux. Les résultats sont prometteurs, les deux heuristiques renforçant fortement le découpage du RAN en temps réel
The proliferation of sophisticated applications and services comes with diverse performance requirements as well as an exponential traffic growth for both upload and download. The cellular networks such as 4G and 5G are advocated to support this diverse and huge amount of data. This thesis work targets the enforcement of advanced cellular network supervision and management techniques taking the traffic explosion and diversity as two main challenges in these networks. The first contribution tackles the intelligence integration in cellular networks through the estimation of users uplink instantaneous throughput at small time granularities. A real time 4G testbed is deployed for such aim with an exhaustive metrics benchmark. Accurate estimations are achieved.The second contribution enforces the real time 5G slicing from radio resources perspective in a multi-cell system. For that, two exact optimization models are proposed. Due to their high convergence time, heuristics are developed and evaluated with the optimal models. Results are promising, as two heuristics are highly enforcing the real time RAN slicing

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Nguyen, Thanh-Son-Lam. "Wireless Resource Allocation in 5G-NR V2V Communications". Electronic Thesis or Diss., université Paris-Saclay, 2023. http://www.theses.fr/2023UPASG052.

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Abstract (sommario):

Cette thèse doctorale explore l'amélioration de l'allocation des ressources sans fil dans les communications Vehicle-to-Everything (V2X), selon la norme 3GPP Release 16. Le domaine spécifique de notre recherche est la communication NR-V2X Sidelink, également connue sous le nom de communication New Radio-Vehicles to Vehicles (NR-V2V). Notre objectif est de formuler un nouveau protocole d'optimisation qui garantit non seulement des services de haute qualité (QoS) mais surpasse également les méthodologies existantes dans la communication NR-V2V.Tout d'abord, nous introduisons la Configuration Physique Adaptative (APC), un algorithme basé sur la recherche conçu pour identifier la configuration optimale de la couche physique à l'intérieur d'un ensemble de facteurs environnementaux, spécifiquement adaptée pour un schéma de communication de diffusion. Suite à cela, nous faisons évoluer l'APC vers une variante sensible à la radio (RA-APC), élargissant son champ d'action en incorporant une communication en unicast et en établissant une structure plus flexible pour les ressources PHY. Dans la phase finale, nous affinons encore RA-APC en intégrant un algorithme d'apprentissage automatique, spécifiquement un arbre de décision. Cette intégration met à jour les schémas au sein des facteurs d'entrée, augmentant ainsi à la fois la précision et l'efficacité du processus d'optimisation de l'allocation
This doctoral dissertation explores the enhancement of wireless resource allocation in Vehicle-to-Everything (V2X) communications, as specified by the 3GPP Release 16 standard. The specific area of our research is the NR-V2X Sidelink communication, also known as the New Radio-Vehicles to Vehicles (NR-V2V) communication. Our goal is to formulate a novel optimization protocol that not only guarantees high-quality services (QoS) but also outperforms existing methodologies in NR-V2V communication.Initially, we introduce Adaptive Physical Configuration (APC), a search-based algorithm designed to identify the optimal physical layer configuration within a set of environmental factors, specifically tailored for a broadcast communication scheme. Following this, we evolve APC into a Radio Aware variant (RA-APC), broadening its scope by incorporating unicast communication and establishing a more flexible structure for PHY resources. In the final phase, we further refine RA-APC by integrating a machine learning algorithm, specifically a decision tree. This integration uncovers patterns within the input factors, thereby augmenting both the accuracy and efficiency of the allocation optimization process

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Arrano, Scharager Hernan. "Full-duplex for cellular networks : a stochastic geometry approach". Electronic Thesis or Diss., Institut polytechnique de Paris, 2020. http://www.theses.fr/2020IPPAT001.

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Abstract (sommario):

Le full-duplex (FD) est un principe selon lequel un appareil peut recevoir et émettre sur la même ressource radio temporaux-fréquentiel. Le principe a été longtemps considéré comme irréaliste en raison de la forte auto-interférence qui se produit lors de la transmission et la réception dans le même bloc de ressources. En supposant une annulation parfaite de l’auto-interférence (self-IC), il peut potentiellement doubler l’efficacité spectrale (SE) d’une communication point à point donnée. Dans la pratique, il n’est toutefois pas possible d’obtenir la caractéristique susmentionnée. En outre, dans le contexte d’un réseau cellulaire, la performance du FD n’est pas limitée seulement par l’efficacité du self-IC, puisque des interférences supplémentaires sont créées par les stations de base (BS) et les équipements des utilisateurs (UEs). Toutefois, même avec des niveaux des interférences plus élevés, les liens en voie descendantes(DLs) obtient ainsi de meilleures performances en termes de SE, tandis que les liaisons montantes (UL) sont généralement gravement dégradées par rapport au half-duplex (HD). Nous focalisons notre travail sur l’étude d’alternatives qui peuvent aider à améliorer les UL dégradés dans les réseaux basés sur FD, tout en essayant de profiter des gains obtenus par les DLs. A cet égard, nous utilisons la géométrie stochastique pour caractériser les indicateurs clés de performance des réseaux cellulaires, tels que : probabilité de couverture, SE moyenne et débit de données. La thèse est divisée en trois grandes études. Premièrement, nous proposons une politique qui permet aux BSs d'opérer en FD ou HD en fonction des conditions UL et DL. Deuxièmement, nous étudions la performance des réseaux hybrides HD/FD dans un contexte d’ondes millimétriques. Finalement, nous proposons un algorithme basé sur l’accès multiple non orthogonal (NOMA) et l’annulation d’interférences successives (SIC), qui permet aux stations de base de coordonner leurs schémas de transmission respectifs pour réduire les interférences BS vers BS. Nous démontrons que les modèles présentés permettent d’équilibrer les gains d’une liaison par rapport à l’autre ; réduisant la dégradation de l’UL, tout en maintenant les gains DL. En outre, nous montrons que les scénarios dans lesquels les équipement sont capables de former des faisceaux sont idéaux pour les déploiements FD, puisqu’ils réduisent directement l’interférence co-canal
Full-duplex (FD) is a principle in which a transceiver can receive and transmit on the same time-frequency radio resource. The principle was long held as impractical due to the high self-interference that arises when simultaneously transmitting and receiving in the same resource block. When assuming perfect self-interference cancellation, FD can potentially double the spectral efficiency (SE) of a given point-to-point communication. In practice though, it is not possible to achieve the aforementioned characteristic. Moreover, under a cellular network context, not only the self-interference limits the performance, since additional co-channel interference is created by base stations (BSs) and users equipment (UEs). However, even with the higher interference dowlinks (DLs) still obtain higher SE performances, whereas uplinks (ULs) are generally critically degraded, when compared to half-duplex (HD). We focus our work in the study of alternatives that can help improve the impaired ULs in FD networks, while still trying to profit from the gains experienced by DLs.In this regard, we use stochastic geometry along the thesis as a means to characterize key performance indicators of cellular networks, such as: coverage probability, average SE and data rates. The thesis is divided into three major studies. Firstly, we propose a duplex-switching policy which enables BSs to operate in FD- or HD- depending on the UL and DL conditions. Secondly, we investigate the performance of hybrid HD/FD networks under a millimeter wave context. Finally, we propose a novel algorithm based on nonorthogonal multiple-access (NOMA) and successive interference cancellation (SIC), which allows BSs to coordinate on their respective transmission schemes to reduce the BS-to-BS interference. We demonstrate that the models presented in the thesis allow to balance the gains of one link over the other; reducing the UL degradation, while maintaining DL gains. In addition, we show that scenarios in which equipment is able to perform beamforming are ideal for FD deployments, since they directly reduce the cochannel interference

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Khizar, Sadia. "Metrology for 5G edge networks (MEC). Leveraging mobile devices beyond the edge toward task offloading". Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2022. http://www.theses.fr/2022SORUS069.

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Abstract (sommario):

L'omniprésence des dispositifs mobiles équipés d'une connectivité Internet et de systèmes de positionnement, nous pousse à les considérer comme une ressource précieuse à exploiter. Dans cette thèse, nous abordons l'utilisation des dispositifs mobiles sous un nouvel angle. Nous considérons l'extension de la capacité du MEC en utilisant les ressources disponibles des dispositifs mobiles au-delà de la bordure du réseau d'infrastructure. L'objectif est de tirer parti de leurs ressources inexploitées pour traiter les tâches de calculs au profit du MEC de manière distribuée. Pour pouvoir s'appuyer sur des nœuds mobiles, il est fondamental que le MEC soit capable de connaître son environnement d'exploitation. Dans la première partie de la thèse, nous explorons la disponibilité temporelle des ressources au-delà du bord. Nous avons choisi d'étudier la co-localisation des terminaux et d'analyser leurs persistances dans une cellule. Puis, nous nous intéressons à l'allocation des tâches. Nous mettons l'accent sur l'aspect spatio-temporel en quantifiant les ressources qu'une cellule peut fournir pour effectuer une tâche MEC. Nous estimons le potentiel de tâches de calcul effectuées par les terminaux en fonction du temps de présence cumulé dans une cellule donnée et d'un délai d'achèvement donné. Les résultats permettent de déterminer les possibilités de décharger des tâches de calcul sur des dispositifs mobiles. En outre, ils permettent de connaître les emplacements où il est judicieux de délester les tâches et la durée des tâches pouvant être délestées
The pervasiveness of mobile devices equipped with internet connectivity and positioning systems leads us to regard them as a valuable resource to leverage. In this thesis, we tackle the use of mobile devices from a new perspective. We consider the extension of the capacity of the MEC by using the available resources of mobile devices beyond the edge of the infrastructure network. The goal is to leverage their untapped resources to process computation on behalf of the MEC in a distributed way. It is fundamental for the MEC to be aware of its operating environment to rely on mobile nodes. In the first part of the thesis, we have focused on the temporal availability of beyond-the-edge resources. We chose to investigate the co-location of terminals and analyze their persistence in a cell. Then, we turn our attention to task allocation. We shift the focus on the spatio-temporal aspect by quantifying the resources that a cell can provide to perform a MEC task. We estimate the potential amount of computational tasks performed by nodes based on the cumulative presence time in a given cell and a given completion delay. Results provide insight into the possibilities of offloading computing tasks on mobile nodes. Furthermore, it allows knowing the locations where it is advisable to offload tasks and the time duration of tasks offloadable

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Chagdali, Abdellatif. "Multi-connectivity and resource allocation for slices in 5G networks". Electronic Thesis or Diss., université Paris-Saclay, 2022. http://www.theses.fr/2022UPAST052.

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Abstract (sommario):

Les futurs réseaux mobiles promettent des opportunités sans précédent pour l'innovation et des cas d'utilisation disruptifs. L'engagement des réseaux 5G et au-delà à fournir des applications critiques nécessite un réseau polyvalent, évolutif, efficace et rentable, capable d'adapter son allocation de ressources pour répondre aux exigences de services hétérogènes. Pour relever ces défis, le découpage du réseau s'est imposé comme l'un des concepts fondamentaux proposés pour améliorer l'efficacité des réseaux mobiles 5G et leur conférer la plasticité requise. L'idée est de fournir des ressources à différentes industries verticales en construisant plusieurs réseaux logiques de bout en bout sur une infrastructure virtualisée partagée. Chaque "tranche de réseau" ainsi définie est personnalisée pour fournir un service spécifique en adaptant son architecture et ses technologies d'accès radio.Précisément, des applications telles que l'automatisation industrielle ou les communications entre véhicules imposent aux réseaux cellulaires des exigences strictes en matière de latence et de fiabilité. Étant donné que le réseau mobile actuel ne peut pas répondre à ces exigences, les communications ultra-fiables et à faible temps de latence constituent un sujet de recherche essentiel qui a suscité un élan considérable de la part du monde universitaire et des alliances industrielles. Pour répondre à ces exigences, l'utilisation de la multi-connectivité, c'est-à-dire l'exploitation simultanée de plusieurs liaisons radio comme voies de communication, est une approche prometteuse.L'objectif du présent manuscrit est d'étudier des techniques d'allocation de resources exploitant la couverture redondante des utilisateurs, garantie dans de nombreux scénarios 5G. Nous examinons d'abord l'évolution des réseaux mobiles et discutons des diverses considérations relatives à l'architecture de découpage du réseau et de son impact sur la conception des méthodes d'allocation des ressources. Nous utilisons ensuite les outils de la théorie des files d'attente pour modéliser un système dans lequel un ensemble d'utilisateurs URLLC sont connectés simultanément à deux stations de base ayant la même bande passante ; nous appelons ce scénario le cas homogène. Nous introduisons des politiques d'allocation appropriées et évaluons leurs performances respectives en évaluant leur fiabilité. Ensuite, nous étendons les résultats du cas homogène à un cadre plus général où les interfaces physiques gèrent des bandes passantes différentes, que nous appelons le cas hétérogène. Enfin, nous fusionnons les éléments ci-dessus pour valider le choix des schémas d'allocation des ressources en tenant compte de l'architecture déployée
Future mobile networks envision unprecedented innovation opportunities and disruptive use cases. As a matter of fact, the 5G and beyond networks' pledge to deliver mission-critical applications mandates a versatile, scalable, efficient, and cost-effective network capable of accommodating its resource allocation to meet the services' heterogeneous requirements. To face these challenges, network slicing has emerged as one of the fundamental concepts proposed to raise the 5G mobile networks' efficiency and provide the required plasticity. The idea is to provide resources for different vertical industries by building multiple end-to-end logical networks over a shared virtualized infrastructure. Each network slice is customized to deliver a specific service and adapts its architecture and radio access technologies.Precisely, applications such as industrial automation or vehicular communications pose stringent latency and reliability requirements on cellular networks. Given that the current mobile network cannot meet these requirements, ultra-reliable low-latency communications (URLLC) embodies a vital research topic that has gathered substantial momentum from academia and industrial alliances. To reach URLLC requirements, employing multi-connectivity (MC), i.e., exploiting multiple radio links as communication paths at once, is a promising approach.Therefore, the objective of the present manuscript is to investigate dynamic scheduling techniques, exploiting redundant coverage of users, guaranteed in numerous 5G radio access network scenarios. We first review the evolution of mobile networks and discuss various considerations for network slicing architecture and its impact on resource allocation design. Then, we use tools from queuing theory to model a system in which a set of URLLC users are connected simultaneously to two base stations having the same bandwidth; we refer to this scenario as the homogenous case. We introduce suitable scheduling policies and evaluate their respective performances by assessing their reliability. Next, we extend the homogenous case's results to a more general setting where the physical interfaces manage different bandwidths, referred to as the heterogeneous case. Finally, we merge the above elements to validate the choice of resource allocation schemes considering the deployed architecture

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Bazin, Alexis. "Massive MIMO for 5G Scenarios with OFDM and FBMC/OQAM Waveforms". Thesis, Rennes, INSA, 2018. http://www.theses.fr/2018ISAR0019/document.

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Abstract (sommario):

Avec l'augmentation du trafic de données, la multiplication des objets connectés et la diversification des types de communication, la cinquième génération de réseaux cellulaires (5G) doit relever un grand nombre de défis. Dans ce contexte, les systèmes« massive MIMO » présentent de nombreux avantages en utilisant un grand nombre d'antennes combiné à des techniques de traitement de signal adaptées. De plus, l'utilisation de la modulation FBMC/OQAM au lieu de la modulation OFDM pourrait améliorer la performance des systèmes dans ce11aines situations. En premier lieu, cette thèse se centre sur des scénarios véhiculaires. En par1iculier, les systèmes« massive MIMO » sont proposés dans le but de combattre les interférences dues à l'effet Doppler pour la voie montante. Nous montrons ainsi de manière analytique que l'augmentation du nombre d'antennes implique une réduction drastique de l'impact de l'effet Doppler. De plus, les performances des modulations OFDM et FBMC/OQAM sont comparées dans ce contexte pour des environnements« Non-Line-Of-Sight » (NLOS) et« Line-Of-Sight » (LOS). Le second scéna1io étudié dans cette thèse considère les communications dans des zones mal desservies. Dans ce contexte, les systèmes« massive MIMO » permettent de créer un lien sans-fil longue-po11ée de type« backhaul » entre deux stations de base. Ainsi, le coût de déploiement des réseaux r cellulaires est réduit. Dans cette thèse, un nouveau précodeur « massive MIMO » est proposé dans le but d'utiliser la même bande de fréquence pour le liens accès et« backhaul ». De plus, l'impact d'une désynchronisation entre les liens d'accès et le lien « backhaul » est étudié et l'utilisation de la modulation FBMC/OQAM pour le lien« backhaul » est examinée
ESUME DE LA THESE EN ANGLAIS With the increase of the global data tmffic, the multiplication of co1mected devices and the diversification of the communication types, the fifth generation of cellular networks (5G) has to overcome a se1ies of challenges. In this context, massive MlMO systems hold a wide range of benefits by using a large number of antennas combined with appropriate signal processing techniques. Additionally, the use of the FBMC/OQAM modulation instead of the classical OFDM modulation may enhance the performance of the systems in cer1ain situations. Firstly, this thesis focuses on vehicular scenarios. In par1icular, massive MIMO systems are proposed to overcome the interference due to the Doppler effect for the uplink. We thus analytically highlight that increasing the number of receive antermas induces a drastic reduction of the impact of the Doppler effect. Moreover, the perfonnance of the OFDM and the FBMC/OQAM modulations are compared in this context for Non-Line-Of-Sight (NLOS) and Line-Of-Sight (LOS) environments. The second scenario investigated in this thesis considers communications in wide underse1ved areas. In this context, massive MIMO systems allow to create a long-range wireless back.haul link between two base stations. Thereby, the cost of deployment of the cellular networks is reduced. In this thesis r a new massive MLMO precoding technique is proposed in order to use the same fequency band for the backhaul link and the access links. Moreover, the impact of a desynchronization between the back haul link and the access links is studied and the use of the FBMC/OQAM modulation for the backhaul link is discussed

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Chour, Hussein. "Full-Duplex Device-to-Device Communication for 5G Network". Thesis, CentraleSupélec, 2019. http://www.theses.fr/2019CSUP0002.

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Abstract (sommario):

Avec la croissance rapide de la demande de trafic de données des clients, l'amélioration de la capacité du système et l'augmentation du débit des utilisateurs sont devenues des préoccupations essentielles pour le futur réseau de communication sans fil de cinquième génération. Dans ce contexte, la communication terminal-à-terminal (Device-to-Device D2D) et le Full Duplex (FD) sont proposés comme solutions potentielles pour augmenter l’efficacité spectrale et le débit des utilisateurs dans un réseau cellulaire. Le D2D permet à deux périphériques proches de communiquer sans participation de la station de base ou avec une participation limitée. D'autre part, la communication en FD permet une transmission et une réception simultanées dans la même bande de fréquence. En raison de la propriété de distance courte des liaisons D2D, exploiter la technologie FD dans la communication D2D est un excellent choix pour améliorer encore plus l’efficacité spectrale cellulaire et le débit des utilisateurs. Cependant, les émetteurs-récepteurs FD constituent de nouveau défis pour la communication D2D. Par exemple, en FD les émetteurs-récepteurs ne peuvent pas supprimer d’une manière parfaite l’auto-interférence (SI) générée au niveau des récepteurs lors de la transmission des données (par le propre émetteur du dispositif cellulaire). Ainsi, l’auto-interférence résiduelle qui est étroitement liée à la valeur de la puissance de l’émetteur affecte fortement les performances de la transmission FD. De plus, la technique en FD crée des interférences supplémentaires dans le réseau, ce qui peut dégrader ses performances par rapport à la transmission en semi-duplex (Half-duplex HD). Ainsi, une bonne gestion des ressources radio est nécessaire pour exploiter les avantages de la FD et garantir la qualité de service (QoS) des utilisateurs. Les travaux de cette thèse portent sur l'allocation de puissance et l'attribution de canaux d'un réseau FD-D2D. En particulier, cette thèse aborde d’abord le problème de l’allocation de puissance et propose une méthode d'allocation de puissance (PA) optimale centralisée simple mais efficace, puis développe le schéma optimal conjoint d’AP et d’AC pour un réseau FD-D2D. Un algorithme de complexité réduite CATPA, basé sur une allocation CA suivie d'une allocation PA, est aussi développée et proposé. La thèse présente à la fin une stratégie efficace d'AP décentralisée en utilisant les outils de la théorie des jeux
With the rapidly growing of the customers' data traffic demand, improving the system capacity and increasing the user throughput have become essential concerns for the future 5G wireless communication network. In this context, D2D communication and FD are proposed as potential solutions to increase the spatial spectrum utilization and the user rate in a cellular network. D2D allows two nearby devices to communicate without BS participation or with limited participation. On the other hand, FD communication enables simultaneous transmission and reception in the same frequency band. Due to the short distance property of D2D links, exploiting the FD technology in D2D communication is an excellent choice to further improve the cellular spectrum efficiency and the users’ throughput. However, practical FD transceivers add new challenges for D2D communication. For instance, the existing FD devices cannot perfectly eliminate the SI imposed on the receiver by the node’s own transmitter. Thus, the RSI which is tightly related to the transmitter power value highly affects the performance of FD transmission. Moreover, the FD technique creates additional interference in the network which may degrade its performance when compared with the half-duplex transmission. Thus, proper radio resource management is needed to exploit the benefits of FD and guarantee the QoS of the users. The works in this dissertation focus on the PA and CA of a FD-D2D network. In particular, this thesis first addresses the PA problem and proposes a simple yet efficient centralized optimal PA framework, and next, it derives the optimal joint PA and CA scheme for an FD-D2D network. A simple sub-optimal algorithm for resource allocation named CATPA, based on CA followed by PA, is also derived and proposed. This dissertation also develops, in the end, an efficient decentralized PA using game theory tools that will be an essential part of future works in the context of distributed radio resource management

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Yakan, Hadi. "Security of V2X communications in 3GPP - 5G cellular networks". Electronic Thesis or Diss., université Paris-Saclay, 2023. http://www.theses.fr/2023UPASG077.

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Abstract (sommario):

Avec les avancées technologiques apportées par les réseaux 5G, une nouvelle ère de communications de Vehicle-to-Everything (V2X) est apparue, offrant des applications nouvelles et avancées en matière de sécurité, d'efficacité et d'autres expériences de conduite dans les systèmes de transport intelligents (ITS). Cependant, les nouvelles fonctionnalités s'accompagnent de nouveaux défis en matière de sécurité, en particulier dans le domaine des communications Vehicle-to-Network (V2N).Cette thèse se concentre sur l'application des systèmes de misbehavior detection dans les communications V2X au sein des réseaux 5G. Tout d'abord, nous présentons un nouveau système de misbehavior detection, intégré au réseau central 5G pour détecter et prévenir les attaques V2X. Ensuite, nous proposons un schéma de collaboration entre les nœuds de détection afin d'améliorer les résultats de la détection dans les réseaux 5G edge. Enfin, nous proposons d'utiliser le Federated Learning pour permettre un entraînement distribué et nous évaluons les performances sur une grande variété d'attaques V2X
The introduction of 5G networks has brought significant technical improvements; a new era of Vehicle-to-Everything (V2X) communications has emerged, offering new and advanced safety, efficiency, and other driving experience applications in the Intelligent Transport Systems (ITS). However, with new features come new security challenges, especially in the realm of Vehicle-to-Network (V2N) communications.This thesis focuses on the application of misbehavior detection in V2X communications within 5G networks. First, we introduce a novel misbehavior detection system integrated with 5G core (5GC) network to detect and prevent V2X attacks. Then, we propose a collaboration scheme between detection nodes to improve detection results in 5G edge networks. Last, we leverage Federated Learning to enable distributed training, and we assess the performance on a wide variety of V2X attacks

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Mishra, Debashisha. "Exploiting the synergies of unmanned aerial vehicles (UAVs) and 5G network". Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2023. http://www.theses.fr/2023LORR0058.

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Abstract (sommario):

En tant que sujet en expansion de la robotique aérienne, les véhicules aériens sans pilote (UAV) ont fait l'objet d'une attention particulière de la part de la communauté de recherche sur les réseaux sans fil. Dès que les législations nationales permettront aux drones de voler de manière autonome, nous verrons des essaims de drones envahir le ciel de nos villes intelligentes pour accomplir diverses missions : livraison de colis, surveillance des infrastructures, vidéographie événementielle, surveillance, suivi, etc. Les réseaux cellulaires de cinquième génération (5G) et au-delà peuvent améliorer les communications des drones de diverses manières et profiter ainsi à l'écosystème des drones. Il existe une grande variété d'applications sans fil et de cas d'utilisation qui peuvent bénéficier des capacités de ces dispositifs intelligents, y compris les caractéristiques inhérentes du drone de mobilité agile dans l'espace tridimensionnel, le fonctionnement autonome et le placement intelligent. L'objectif général de cette thèse est de fournir une analyse complète des synergies qui peuvent être réalisées en combinant les réseaux cellulaires 5G et au-delà avec la technologie des drones. Cette thèse présente quatre types de modèles d'intégration de l'écosystème des drones et des réseaux cellulaires. Le paradigme cellulaire assisté par drone fait référence à des scénarios de communication dans lesquels les drones sont utilisés comme stations de base volantes (ou aériennes) ou comme relais pour augmenter la connectivité cellulaire terrestre actuelle ou pour atténuer les situations de catastrophe. Le paradigme des drones à assistance cellulaire prévoit l'intégration des drones dans le réseau cellulaire actuel en tant que nouvel utilisateur aérien (UE volant) pour servir une grande variété d'applications et de cas d'utilisation. Le paradigme "drone à drone" met l'accent sur la force collective d'une flotte de drones en tant qu'essaim et sur la communication entre les drones à l'intérieur de l'essaim. Le paradigme hybride non terrestre englobe les réseaux satellitaires et aériens, examinant ainsi l'ensemble du spectre des liaisons de communication du sol à l'air et à l'espace sous la forme d'un réseau de communication intégré espace-air-sol. Dans un premier temps, cette thèse se concentre sur les stations de base aériennes, qui ont fait l'objet d'une grande attention de la part des chercheurs afin de fournir des services de communication flexibles et à la demande aux utilisateurs au sol. À cette occasion, nous construisons une plateforme prototype de démonstration de faisabilité qui délimite les composants de conception requis pour mettre en œuvre de telles plateformes dans le monde réel, et nous expliquons ensuite la nécessité d'un placement optimal des stations de base aériennes pour augmenter les services de communication. Pour prendre en charge une classe hétérogène de services 5G provenant de diverses industries verticales (appelées locataires des opérateurs de réseaux 5G), nous proposons un cadre de station de base aérienne sensible au découpage dans lequel les utilisateurs au sol ayant des exigences de trafic différenciées en termes de débit de données, de latence et de déploiement massif sont pris en charge par le biais d'un approvisionnement intelligent en ressources. Ensuite, nous décrivons les utilisateurs aériens qui sont pris en charge par l'infrastructure cellulaire actuelle et examinons les difficultés telles que la coexistence des utilisateurs aériens et des utilisateurs au sol, les transferts et l'optimisation des trajectoires en fonction des communications
As an expanding subject of aerial robotics, Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) have received substantial research attention within the wireless networking research community. As soon as national legislations enable UAVs to fly autonomously, we will witness swarms of UAV filling the skies of our smart cities to complete diverse missions: package delivery, infrastructure monitoring, event videography, surveillance, tracking, etc. Fifth generation (5G) and beyond cellular networks can improve UAV communications in a variety of ways and thus benefit the UAV ecosystem. There is a wide variety of wireless applications and use cases that can benefit from the capabilities of these smart devices, including the UAV's inherent characteristics of agile mobility in three-dimensional space, autonomous operation, and intelligent placement. The broad goal of this thesis is to provide a comprehensive analysis of the synergies that may be realized when combining 5G and beyond cellular networks with UAV technology. This thesis presents four types of UAV and cellular ecosystem integration models. "UAV-assisted cellular paradigm" refers to communication scenarios in which UAVs are used as flying (or aerial) base stations or as relays to augment current terrestrial cellular connectivity or to mitigate disaster situations. The "cellular-assisted UAV paradigm" foresees the integration of UAVs into the current cellular network as a new aerial user (flying UE) to serve a wide variety of applications and use cases. The "UAV-to-UAV paradigm" stresses the collective strength of a fleet of UAVs as a swarm and communication amongst UAVs inside the swarm. The "hybrid non-terrestrial paradigm" encompasses satellite and aerial networks, therefore examining the whole spectrum of communication links from the ground to the air to the space in the form of an integrated space-air-ground communication network. Initially, this thesis focuses on aerial base stations, which have gained great academic attention in order to provide flexible, on-demand communication services to ground users. On this occasion, we build and construct a proof-of-concept prototype platform that delineates the design components required to implement such platforms in the real world, and we then explain the necessity for optimal placement of aerial base stations for increasing communication services. To support a heterogeneous class of 5G services from various vertical industries (referred to as tenants of 5G network operators), we propose a slicing-aware aerial base station framework in which ground users with differentiated traffic requirements in terms of data rate, latency, and massive deployment are supported through intelligent resource provisioning. Second, we describe aerial users who are supported by current cellular infrastructure and examine difficulties such as coexistence of aerial users and ground users, handovers, and communication-aware trajectory optimization. The use of a swarm of UAVs is considerably more cost-effective as compared to a single UAV conducting a mission when considering realistic mission goals. A swarm of UAVs opens up new opportunities for new services and applications since the UAVs may independently coordinate their operations and work together to complete a given task. Due to the spatio-temporal dynamics of swarm topology, dependable network development with seamless communication amongst UAVs is essential for any operation to be successful. As part of this thesis, we offer centralized and decentralized network models for UAV-to-UAV (U2U) communication inside swarm and conduct a full investigation of sidelink-assisted U2U communication with performance assessment

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Ngom, Assane. "Conception de petits réseaux d'antennes reconfigurables ou "Small Cells" pour le standard 5G". Thesis, Université Côte d'Azur (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019AZUR4027.

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Abstract (sommario):

Les communications mobiles grand public, le téléchargement de vidéos et l’utilisation d’applications mobiles représentent l’essentiel de l’utilisation actuelle des ressources radio dans les réseaux 4G ; mais pour que le spectre des usages et la diversité des utilisateurs soient grandement élargis, de nombreux efforts de recherche et de nombreuses propositions commencent à émerger pour la mise en place d’un nouveau standard appelé 5G, qui vise des secteurs très variés et qui sont des piliers importants d’une société : l’énergie, la santé, les médias, l’industrie ou le transport.Pour répondre à ces défis, ce nouveau standard devra regrouper plusieurs technologies parmi lesquelles, la réalisation d’un réseau Ultra-Dense (UDN) pour obtenir une couverture plus dense, plus robuste aux obstacles et augmenter la capacité du réseau. En conséquence, le réseau cellulaire ultra-dense est en train de devenir l'une des principales caractéristiques des réseaux cellulaires 5G. L'idée de base est d'obtenir des nœuds d'accès aussi proches que possible des utilisateurs finaux. L’obtention de cette solution prometteuse est réalisée par le déploiement dense de petites cellules appelées « Small Cells » dans des hotspots où un trafic immense est généré, en utilisant les ondes millimétriques pour étendre la bande passante de transmission.Ces « smalls cells » doivent optimiser au mieux la réception du signal selon l’emplacement de l’utilisateur par rapport à l’antenne pour concentrer l’émission du signal dans les directions utiles, par l’utilisation de réseaux d’antennes reconfigurables en diagramme et à fort gain. Cette méthode évite ainsi d’utiliser toute la puissance disponible pour émettre « à l’aveugle » en espérant tomber sur le terminal.Les travaux menés dans le cadre de cette thèse s'inscrivent dans ce contexte. L’objectif donc consiste à concevoir et réaliser un petit réseau d’antennes ou « Small Cells » travaillant dans les bandes de fréquences millimétriques doté d’une capacité à changer la direction du faisceau selon les besoins des utilisateurs. Une technique de reconfiguration de diagramme de rayonnement avec changement de polarisation appliquée sur un réseau d’antennes planaires a été développée. Ce manuscrit se divise comme suit : après un rappel des objectifs de la 5G ainsi que ses exigences dans le chapitre 1, nous avons introduit dans le chapitre 2, les architectures et la théorie des différents réseaux d’antennes, ainsi que les différentes techniques de dépointage de faisceaux. Le troisième chapitre est consacré à la conception d’un élément rayonnant en forme de croix à double polarisation et diagramme de rayonnement reconfigurable par utilisation d’éléments parasites commutables. Cet élément rayonnant a ensuite été utilisé dans le chapitre 4, pour concevoir des sous-réseaux et réseaux d’antennes multi-ports, reconfigurables, à fort gain
Consumer mobile communications, video downloads and the use of mobile applications represent most of today's use of radio resources in 4G networks; but in order to broaden the spectrum of uses and the diversity of users, many research efforts and numerous proposals are beginning to emerge for the implementation of a new standard called 5G, which targets a wide range of sectors and is important pillars of a society: energy, health, media, industry or transportation. To fulfil these challenges, this new standard will have to combine several technologies, including the creation of an Ultra-Dense Network (UDN) to obtain a dense coverage, more robust to obstacles and increase the capacity of the network. This promising solution is obtained by the deployment of dense small cells in hotspots where huge traffic is generated, and by using millimeter waves to extend the transmission bandwidth.These smalls cells must optimize the received signal according to the location of the user, by using a high gain beam reconfigurable antennas array. This method avoids using all the available power to issue "blind" hoping to fall on the terminal.The Objectives of this thesis is therefore to design a small antennas array or "Small Cells" working in mmWave bands with an ability to change the direction of the beam according to the needs of users. A dual polarized beam reconfigurable technique applied on a planar antenna array has been developed.This manuscript is divided as follows: after a reminder of the objectives of the 5G and its requirements in chapter 1, we have introduced in chapter 2, the architectures and theory of the different antenna arrays, as well as the different techniques of beam steer. The third chapter is dedicated to the design of a cross patch antenna with a dual polarization and reconfigurable beam by using switchable parasitic elements. This radiating element was then used in Chapter 4 to design a high-gain reconfigurable, multiport sub-arrays and antenna arrays

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Lahad, Bachir. "Joint Uplink/Downlink Radio Resource Allocation in 5G HetNets". Electronic Thesis or Diss., université Paris-Saclay, 2020. http://www.theses.fr/2020UPASG057.

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Abstract (sommario):

La croissance rapide du trafic de données sans fil et des services intensifs en bande passante (voix sur IP, streaming vidéo, live streaming, etc.) nécessite de trouver des solutions viables pour améliorer la qualité de service et maximiser les performances du réseau. Pour s'adapter à ces applications intensives en bande passante, les réseaux cellulaires hétérogènes (HetNets) ont été introduits dans le 3GPP comme l'une des principales caractéristiques pour répondre à ces exigences avancées.Maintenant, en raison de la différence de charges de trafic de liaison montante (UL) et de liaison descendante (DL) attendues dans les prochaines générations HetNets, il devient essentiel d'ajuster dynamiquement les ressources UL/DL. Pour soutenir cette nouvelle approche, le duplexage temporel (TDD) dynamique a été proposé. Néanmoins, l'importance d'UL se pose avec l'évolution des réseaux sociaux et des solutions cloud. Par conséquent, il est très intéressant d’introduire de nouvelles techniques qui atténuent les interférences de l’UL, améliorent les débits UL et DL et permettent également une meilleure utilisation des ressources radio en fournissant un équilibrage de charge adéquat entre UL et DL. Une telle caractéristique supplémentaire est le découplage accès UL/DL.Dans notre travail, nous développons d'abord un modèle TDD dans HetNets. Dans ce modèle, nous dérivons des expressions analytiques pour la distribution de l'emplacement du brouilleur considérant tous les scénarios d’interférences possibles qui pourraient se produire dans les réseaux basés sur TDD, tout en tenant compte de l'impact nocif de cette interférence.Basé sur ce dernier résultat, nous dérivons la fonction de distribution et de génération de moment (MGF) de l’interférence intercellulaire montante et descendante considérant un réseau composé d'une macro-cellule et d'une petite cellule. Nous nous appuyons sur les expressions dérivées pour analyser la capacité moyenne de la cellule de référence dans les transmissions en liaison montante et en liaison descendante.Deuxièmement, nous développons un modèle statistique conjoint TDD/découplage pour mettre en évidence les avantages que le mode d'accès de découplage peut apporter à un système basé sur HetNet TDD. L'introduction du mode de découplage nécessite une analyse approfondie de l’étude de comparaison avec le mode d'accès couplé UL/DL conventionnel. Par conséquent, nous dérivons les statistiques du signal d'interférence et du signal d'intérêt des deux modes, puis analysons leur impact sur le performance du système.Ce travail a été étendu pour inclure le déploiement de plusieurs petites cellules, où des aperçus supplémentaires sur les avantages du mode de découplage sont fournies en termes de gains de découplage UL et DL. Suite à la mise en œuvre du modèle développé, il est démontré que le cas de découplage apporte de plus grands avantages dans la liaison montante et maintient la même amélioration dans la liaison descendante pour diverses valeurs de décalage et, ainsi, améliore les performances globales du système lorsqu'il est associé avec une technologie TDD dynamique. Il est en outre démontré que notre réseau modélisé peut être optimisé en adoptant la combinaison optimale à la fois du facteur de décalage des petites cellules et de la distance entre les petites cellules.D'un autre côté, l'évaluation des avantages d'un TDD adaptatif et du découplage dans un système basé sur HetNet en fonction des charges de trafic variant dans le temps, nécessite de trouver un simulateur de niveau système où nous pouvons présenter le motif derrière l' adoption de découplage et de TDD dynamique. À partir des scénarios de simulation mise en œuvre, il est observé que l'algorithme adaptatif proposé apporte des améliorations de performances significatives dans le débit UL et DL par rapport à un certain nombre de schémas conventionnels, principalement dans les systèmes fortement chargés
The rapid growth in wireless data traffic and bandwidth intensive services (voice over IP, video streaming, livestreaming, etc.) necessitates finding viable solutions to improve service quality and maximize thenetwork performance. To accommodate these bandwidth intensive applications, heterogeneous cellular networks (HetNets) were introduced in 3GPP as one of the main features to meet these advanced requirements. Yet, because of the difference in uplink (UL) and downlink (DL) traffic loads expected in the next HetNetsgeneration, it becomes essential to dynamically adjust UL/DL resources. To support this newapproach, dynamic time-division duplexing (TDD) has been proposed. Nevertheless, the importance of UL arises along with the evolution of social networking and cloudsolutions. Therefore, it is of great interest to introduce novel techniques that mitigate ULinterferences, improve UL and DL throughputs and allow as well, a better use of radio resources byproviding adequate load balancing among UL and DL. Such an additional feature is the decoupledUL/DL access.In our work, we first develop a TDD model in HetNets. Under this model, we derive analytical expressions for the distribution of the interferer location considering all possible interference scenarios that could occur in TDD-based networks, while taking into account the harmful impact of interference.Based on the latter result, we derive the distribution and moment generating function (MGF) of the uplink and downlinkinter-cell interference considering a network consisting of one macro cell and one small cell. We build on the derivedexpressions to analyze the average capacity of the reference cell in both uplink and downlink transmissions.Second, we develop a joint TDD/decoupling statistical model to highlight the benefits thatthe decoupling access mode can bring to a HetNet TDD based system, in terms of UL and DL spectral efficiencies and throughputs. Introducing the decoupling mode necessitates a thoroughcomparison study with the conventional coupled UL/DL access mode. Therefore, we derive the statistics of the interference signal and the signal of interest of both modes and then analyze their impact on the system performance.This work was extended to include multiple small cells deployment, where more insight into the benefits of decoupling mode is provided in terms of UL and DL decoupling gains. Further to the implementation of the developed model, it is shown that the decoupling case brings greater benefits in the uplink and maintains the same improvement in the downlink for various offset values and thus, improves the overall system performance when being combined with a dynamic TDD technology. It is further shown that our modeled network can be optimized by adopting the optimal combination of both the small cell offset factor and the distance between small cells.On the other hand, evaluating the benefits of an adaptive TDD and decoupling in a HetNet based system according to time-variant traffic loads, necessitates findinga system level simulator where we can present the motivation and accurately assess the role of both decoupling and dynamic TDD techniques in the UL/DL optimization problem. From the applied simulation scenarios, it is observed that the proposed adaptive algorithm (dynamic TDD with decoupling policies) yields significant performance improvements in UL and DL throughput compared to a number of conventional schemes, mainly in dense HetNet deployment and in highly loaded systems

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Khichane, Abderaouf. "Diagnostic of performance by data interpretation for 5G cloud native network functions". Electronic Thesis or Diss., université Paris-Saclay, 2024. http://www.theses.fr/2024UPASG017.

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Abstract (sommario):

Les opérateurs télécoms doivent aujourd'hui faire face à une évolution profonde, inéluctable, des services et des infrastructures. Ils sont constamment tenus d'accélérer le renouvellement de leurs offres afin de faire face à de nouveaux défis et opportunités. C'est dans ce contexte que le concept des fonctions réseau « Cloud-native» [1][2][3] est en train de prendre de plus en plus d'ampleur. S'inspirant du monde IT où la « Cloud readiness» a déjà fait ses preuves, l'idée de la cloudification des fonctions réseau consiste à mettre en place des fonctions « scalables » et auto-réparables tout en fournissant des API génériques accessibles par leurs systèmes de management et d'orchestration. Néanmoins, la transition vers un modèle « Cloud-native » ne se limite pas à l'encapsulation des fonctions réseau dans des machines virtuelles. Elle exige une adaptation, voire une refonte totale des fonctions réseau.C'est dans ce contexte que les architectures micro-service [4] deviennent incontournables pour la conception des applications 5G cloud natives. En effet, la décomposition des applications en services indépendants permet d'apporter de la flexibilité en termes de i) développement, ii) déploiement et iii) évolutivité. Néanmoins, adopter ce nouveau paradigme architectural pour les fonctions réseau virtualisées apporte de nouvelles interrogations sur les opérations liées à l'orchestration et l'automatisation. En particulier, l'observabilité représente un pilier d'une démarche de surveillance des fonctions 5G dans le but de fournir le plus haut niveau de satisfaction client. Cette fonctionnalité correspond aux activités impliquant les mesures, la collecte et l'analyse des données de télémétrie remontés à la fois de l'infrastructure de l'opérateur et des applications qui s'y exécutent. L'observabilité permet ainsi d'acquérir une compréhension approfondie du comportement du réseau et d'anticiper des dégradations de la qualité de service. Diverses approches d'observabilité sont proposées dans la littérature [5]. Ces dernières permettent d'analyser le comportement des applications IT cloud-natives et d'apporter les actions de remédiation nécessaires.Dans ce contexte, les données de télémétries représentent des informations précises sur l'état des réseaux des opérateurs. Cependant, la complexité de l'infrastructure softwarisée de l'opérateur et le volume de données [6] à traiter nécessitent l'élaboration de nouvelles techniques capables de détecter en temps réel une situation à risque et de prendre les bonnes décisions afin d'éviter par exemple une violation du contrat en matière de Qualité de Service (SLA). C'est dans ce cadre que s'inscrivent les travaux de cette thèse
Operators today are facing a profound and inevitable evolution of services and infrastructure. They are constantly pressured to accelerate the renewal of their offerings to meet new challenges and opportunities. It is in this context that the concept of "Cloud-native" network functions [1][2][3] is gaining increasing significance. Drawing inspiration from the IT world where "Cloud readiness" has already proven its worth, the idea of cloudifying network functions involves implementing scalable and self-healing functions while providing generic APIs accessible through their management and orchestration systems. However, the transition to a "Cloud-native" model is not limited to encapsulating network functions in virtual machines. It requires an adaptation, even a total redesign, of network functions.In this context, microservices architectures [4] become essential for the design of cloud-native 5G applications. Decomposing applications into independent services brings flexibility in terms of i) development, ii) deployment, and iii) scalability. Nevertheless, adopting this new architectural paradigm for virtualized network functions raises new questions about orchestration and automation operations. In particular, observability represents a cornerstone in monitoring 5G functions to provide the highest level of customer satisfaction. This functionality involves activities related to measuring, collecting, and analyzing telemetry data from both the operator's infrastructure and the applications running on it. Observability enables a deep understanding of network behavior and the anticipation of service quality degradation. Various observability approaches are proposed in the literature [5], allowing the analysis of the behavior of cloud-native IT applications and the implementation of necessary remediation actions.In this context, telemetry data provides precise information about the state of operator networks. However, the complexity of the operator's software-defined infrastructure and the volume of data [6] to be processed require the development of new techniques capable of detecting real-time risk situations and making the right decisions, for example, to avoid a violation of the Service Level Agreement (SLA). This is the framework in which the work of this thesis is situated

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Ben, Saad Sabra. "Security architectures for network slice management for 5G and beyond". Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2023. https://accesdistant.sorbonne-universite.fr/login?url=https://theses-intra.sorbonne-universite.fr/2023SORUS023V2.pdf.

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Abstract (sommario):

L'architecture de découpage du réseau en sous-réseaux "Network slicing", rendue possible grâce aux nouvelles technologies telles que la virtualisation des fonctions réseau (NFV) et le réseau défini par logiciel (SDN), est l'un des principaux piliers des réseaux 5G et au-delà (B5G). Dans les environnements de la cinquième génération et au-delà (B5G), on s'attend à une multiplication du nombre de sous-réseaux coexistant, plus ou moins complexes, avec des durées de vie, des besoins en ressources et des objectifs de performance très divers. Cela crée des défis importants pour la gestion et l'orchestration des sous-réseaux sans intervention humaine, y compris la sécurité, la gestion des pannes et la confiance. En outre, le découpage du réseau ouvre le marché à de nouvelles parties prenantes, à savoir le vertical ou le locataire, le fournisseur de tranches de réseau et le fournisseur d'infrastructure. Dans ce contexte, il est nécessaire d'assurer non seulement une interaction sécurisée entre ces acteurs, mais aussi que chaque acteur fournisse le service attendu pour répondre aux exigences des sous-réseaux. Il convient donc de concevoir de nouvelles architectures sécurisées capables d'identifier/détecter en temps réel les nouvelles formes d'attaques liées au découpage de réseaux en tranches, tout en gérant de manière sûre et automatique les accords de niveau de service (SLAs) entre les acteurs impliqués. Dans cette thèse, nous concevons une nouvelle architecture sécurisée adaptée aux réseaux prêts pour le "Network slicing" (réseaux de cinquième génération (5G) et au-delà), en nous appuyant fortement sur la blockchain et l'intelligence artificielle (IA) pour permettre une gestion sécurisée et fiable des sous-réseaux
Network slicing architecture, enabled by new technologies such as Network Functions Virtualization (NFV) and Software-Defined Networking (SDN), is one of the main pillars of Fifth-generation and Beyond (B5G). In B5G settings, the number of coexisting slices with varying degrees of complexity and very diverse lifespans, resource requirements, and performance targets is expected to explode. This creates significant challenges towards zero-touch slice management and orchestration, including security, fault management, and trust. In addition, network slicing opens the business market to new stakeholders, namely the vertical or tenant, the network slice provider, and the infrastructure provider. In this context, there is a need to ensure not only a secure interaction between these actors, but also that each actor delivers the expected service to meet the network slice requirements. Therefore, new trust architectures should be designed, which are able to identify/detect the new forms of slicing-related attacks in real-time, while securely and automatically managing Service Level Agreements (SLA) among the involved actors. In this thesis, we devise new security architectures tailored to network slicing ready networks (B5G), heavily relying on blockchain and Artificial Intelligence (AI) to enable secure and trust network slicing management

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Biallach, Hanane. "Optimization of VNF reconfiguration problem for 5G network slicing". Electronic Thesis or Diss., Compiègne, 2022. http://www.theses.fr/2022COMP2707.

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Abstract (sommario):

Ces dernières années, en raison de la croissance sans précédent du nombre d'appareils connectés et de données mobiles, et des développements continus des technologies pour répondre à cette énorme demande de données, le réseau de cinquième génération (5G) a émergé. La future architecture 5G sera essentiellement basée sur le Network Slicing (NS), qui permet de fournir une approche flexible pour réaliser la vision 5G. Grâce au concept émergent de virtualisation des fonctions réseau (NFV), les fonctions réseau sont découplées des matériels physiques dédiés et réalisées sous forme de logiciel. Cela offre plus de flexibilité et d'agilité dans les opérations commerciales. Malgré les avantages qu'il apporte, NFV soulève quelques défis techniques, le problème de reconfiguration étant l'un d'entre eux. Ce problème, qui est NP-difficile, consiste à réaffecter les fonctions de réseau virtuel (VNFs) pour s'adapter aux changements du réseau, en transformant l'état courant des services déployés, on peut illustrer cela par la migration des machines virtuelles (VM) qui hébergent les VNF, à un autre état qui répond aux objectives des opérateurs. Cette thèse de doctorat étudie comment reconfigurer les VNFs en les migrant vers un état optimal qui pourrait être calculé en avance ou inconnu. Dans cette thèse, nous avons étudié les deux cas en minimisant la durée d'interruption de service et la durée de migration des VNFs. Nous avons proposé des méthodes exactes et approchées. Parmi les méthodes exactes, nous citons deux modèles PLNE. Nous avons également proposé deux approches heuristiques, l'une basée sur la génération de colonnes et la deuxième utilisant la notion de “feedback arc set". L'objectif global de ce travail est donc de définir et d'étudier le problème de reconfiguration des VNFs dans le contexte du 5G network slicing, et de proposer des modèles mathématiques et des algorithmes efficaces pour résoudre les problèmes d'optimisation sous-jacents
In recent years, because of the unprecedented growth in the number of connected devices and mobile data, and the ongoing developments in technologies to address this enormous data demand, the fifth generation (5G) network has emerged. The forthcoming 5G architecture will be essentially based on Network Slicing (NS), which enables provide a flexible approach to realize the 5G vision. Thanks to the emerging Network Function Virtualization (NFV) concept, the network functions are decoupled from dedicated hardware devices and realized in the form of software. This offers more flexibility and agility in business operations. Despite the advantages it brings, NFV raises some technical challenges, the reconfiguration problem is one of them. This problem, which is NP-Hard, consists in reallocating the Virtual Network Functions (VNFs) to fit the network changes, by transforming the current state of deployed services, e.g., the current placement of Virtual Machines (VM) that host VNFs, to another state that updates providers’ objectives. This PhD thesis investigates how to reconfigure the VNFs by migrating them to an optimal state that could be computed in advance or free placement. In this thesis, we studied both cases while minimizing the service interruption duration and the VNF migration duration. We have proposed exact and approximate methods. Among the exact methods, we cite two ILP models. We also proposed two heuristic approaches, one based on column generation and the second using the concept of “arc set feedback”. The overall objective of this work is therefore to define and study the problem of VNF reconfiguration problem in the context of 5G network slicing, and propose mathematical models and efficient algorithms to solve the underlying optimization problems

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Arora, Sagar. "Cloud Native Network Slice Orchestration in 5G and Beyond". Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2023. http://www.theses.fr/2023SORUS278.

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Abstract (sommario):

La virtualisation des fonctions réseau (NFV) est le pilier fondateur de l'architecture 5G basée sur les services. La NFV a débuté en 2012, avec les fonctions de réseau virtuelles (VNF) basées sur les machines virtuelles (VM). Les conteneurs sont devenus une technologie alternative de conditionnement intéressante pour la virtualisation des fonctions réseau. Le conteneur est léger en termes de consommation de ressources ce qui améliore son temps d'instanciation. Outre les fonctions de réseau, la conteneurisation peut être un outil prometteur pour les applications multi-access edge computing (MEC) qui abritent des services exigeants à faible latence. La rareté des ressources à la périphérie du réseau exige des technologies qui utilisent efficacement les ressources de calcul, de stockage et de mise en réseau. La conteneurisation est censée être utilisée dans le cadre des principes fondamentaux de la conception d'applications cloud-native, une architecture basée sur des microservices à couplage lâche, d'une évolutivité à la demande et d'une résilience élevée. La flexibilité et l'agilité des conteneurs peuvent certainement profiter au découpage du réseau 5G en tranches,ces derniers reposent fortement sur NFV et MEC. Le concept de découpage du réseau permet de créer des réseaux logiques isolés au-dessus du même réseau physique. Une tranche de réseau peut avoir des fonctions de réseau dédiées, partagées entre plusieurs tranches. En effet, l'orchestration des tranches de réseau nécessite une interaction avec de multiples orchestrateurs de domaines technologiques: l'accès radio, le transport, le réseau central et l'informatique périphérique. Le changement de paradigme consistant à utiliser des principes de conception d'applications cloud-natives a créé des défis pour les systèmes d'orchestration existants et les normes NFV et MEC de l'ETSI. Ces derniers ont été conçus pour gérer des fonctions de réseau basées sur des machines virtuelles. Ils sont donc limités dans leur approche de la gestion d'une fonction de réseau cloud-native. Par le présent manuscrit, nous examinons les normes existantes de l'ETSI NFV, de l'ETSI MEC et des orchestrateurs de services/tranches de réseau, nous proposons de résoudre les défis liés à l'orchestration de tranches de réseau multi-domaines cloud-native. Pour cela, nous proposons tout d'abord un service d'information sur le réseau radio (RNIS) MEC qui a la capacité de fournir des informations radio au niveau de l'abonné dans un environnement NFV. Deuxièmement, nous fournissons un algorithme d'allocation et de placement dynamique des ressources (DRAP) pour placer les services réseau cloud-natives en tenant compte de leur matrice de coût et de disponibilité. Troisièmement, en combinant NFV, MEC et Network Slicing, nous proposons un nouveau mécanisme d'orchestration de tranches MEC (LeSO) pour surmonter les défis liés à l'orchestration de tranches MEC. Quatrièmement, le mécanisme proposé offre un modèle de déploiement de tranches de réseau qui permet de multiples possibilités de conception d'applications MEC. Ces possibilités ont été étudiées plus en détails pour comprendre l'impact de l'architecture de conception microservice sur la disponibilité et la latence de l'application. Enfin, tous ces travaux sont combinés pour proposer une nouvelle approche d'orchestration de tranches légères Cloud-native (CLiSO) étendant le précédant mécanisme d'orchestration de tranches légères de bord (LeSO). Cette nouvelle approche offre un modèle de tranche de réseau agnostique sur le plan technologique et orienté déploiement. La solution a été évaluée de manière approfondie en orchestrant les fonctions réseau du conteneur OpenAirInterface sur des plateformes de cloud public et privé. Les résultats expérimentaux montrent que la solution proposée a des empreintes de ressources plus faibles que les orchestrateurs existants et prend moins de temps pour orchestrer les tranches de réseau
Network Function Virtualization (NFV) is the founding pillar of 5G Service Based Architecture. It has the potential to revolutionize the future mobile communication generations. NFV started long back in 2012 with Virtual-Machine (VM) based Virtual Network Functions (VNFs). The use of VMs raised multiple questions because of the compatibility issues between VM hypervisors and their high resource consumption. This made containers to be an alternative network function packaging technology. The lightweight design of containers improves their instantiation time and resource footprints. Apart from network functions, containerization can be a promising enabler for Multi-access Edge Computing (MEC) applications that provides a home to low-latency demanding services. Edge computing is one of the key technology of the last decade, enabling several emerging services beyond 5G (e.g., autonomous driving, robotic networks, Augmented Reality (AR)) requiring high availability and low latency communications. The resource scarcity at the edge of the network requires technologies that efficiently utilize computational, storage, and networking resources. Containers' low-resource footprints make them suitable for designing MEC applications. Containerization is meant to be used in the framework of cloud-native application design fundamentals, loosely coupled microservices-based architecture, on-demand scalability, and high resilience. The flexibility and agility of containers can certainly benefit 5G Network Slicing that highly relies on NFV and MEC. The concept of Network slicing allows the creation of isolated logical networks on top of the same physical network. A network slice can have dedicated network functions or its network functions can be shared among multiple slices. Indeed, network slice orchestration requires interaction with multiple technological domain orchestrators, access, transport, core network, and edge computing. The paradigm shift of using cloud-native application design principles has created challenges for legacy orchestration systems and the ETSI NFV and MEC standards. They were designed for handling virtual machine-based network functions, restricting them in their approach to managing a cloud-native network function. The thesis examines the existing standards of ETSI NFV, ETSI MEC, and network service/slice orchestrators. Aiming to overcome the challenges around multi-domain cloud-native network slice orchestration. To reach the goal, the thesis first proposes MEC Radio Network Information Service (RNIS) that can provide radio information at the subscriber level in an NFV environment. Second, it provides a Dynamic Resource Allocation and Placement (DRAP) algorithm to place cloud-native network services considering their cost and availability matrix. Third, by combining NFV, MEC, and Network Slicing, the thesis proposes a novel Lightweight edge Slice Orchestration framework to overcome the challenges around edge slice orchestration. Fourth, the proposed framework offers an edge slice deployment template that allows multiple possibilities for designing MEC applications. These possibilities were further studied to understand the impact of the microservice design architecture on application availability and latency. Finally, all this work is combined to propose a novel Cloud-native Lightweight Slice Orchestration (CLiSO) framework extending the previously proposed Lightweight edge Slice Orchestration (LeSO) framework. In addition, the framework offers a technology-agnostic and deployment-oriented network slice template. The framework has been thoroughly evaluated via orchestrating OpenAirInterface container network functions on public and private cloud platforms. The experimental results show that the framework has lower resource footprints than existing orchestrators and takes less time to orchestrate network slices

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Matoussi, Salma. "User-Centric Slicing with Functional Splits in 5G Cloud-RAN". Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2021. https://accesdistant.sorbonne-universite.fr/login?url=https://theses-intra.sorbonne-universite.fr/2021SORUS004.pdf.

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Abstract (sommario):

Le réseau d’accès radio (RAN) 5G vise à faire évoluer de nouvelles technologies couvrant l’infrastructure Cloud, les techniques de virtualisation et le réseau défini par logiciel (SDN). Des solutions avancées sont introduites pour répartir les fonctions du réseau d’accès radio entre des emplacements centralisés et distribués (découpage fonctionnel) afin d’améliorer la flexibilité du RAN. Cependant, l’une des préoccupations majeures est d’allouer efficacement les ressources RAN, tout en prenant en compte les exigences hétérogènes des services 5G. Dans cette thèse, nous abordons la problématique du provisionnement des ressources Cloud RAN centré sur l’utilisateur (appelé tranche d’utilisateurs ). Nous adoptons un déploiement flexible du découpage fonctionnel. Notre recherche vise à répondre conjointement aux besoins des utilisateurs finaux, tout en minimisant le coût de déploiement. Pour surmonter la grande complexité impliquée, nous proposons d’abord une nouvelle implémentation d’une architecture Cloud RAN, permettant le déploiement à la demande des ressources, désignée par AgilRAN. Deuxièmement, nous considérons le sous-problème de placement des fonctions de réseau et proposons une nouvelle stratégie de sélection de découpage fonctionnel centrée sur l’utilisateur nommée SPLIT-HPSO. Troisièmement, nous intégrons l’allocation des ressources radio. Pour ce faire, nous proposons une nouvelle heuristique appelée E2E-USA. Dans la quatrième étape, nous envisageons une approche basée sur l’apprentissage en profondeur pour proposer un schéma d’allocation temps réel des tranches d’utilisateurs, appelé DL-USA. Les résultats obtenus prouvent l’efficacité de nos stratégies proposées
5G Radio Access Network (RAN) aims to evolve new technologies spanning the Cloud infrastructure, virtualization techniques and Software Defined Network capabilities. Advanced solutions are introduced to split the RAN functions between centralized and distributed locations to improve the RAN flexibility. However, one of the major concerns is to efficiently allocate RAN resources, while supporting heterogeneous 5G service requirements. In this thesis, we address the problematic of the user-centric RAN slice provisioning, within a Cloud RAN infrastructure enabling flexible functional splits. Our research aims to jointly meet the end users’ requirements, while minimizing the deployment cost. The problem is NP-hard. To overcome the great complexity involved, we propose a number of heuristic provisioning strategies and we tackle the problem on four stages. First, we propose a new implementation of a cost efficient C-RAN architecture, enabling on-demand deployment of RAN resources, denoted by AgilRAN. Second, we consider the network function placement sub-problem and propound a new scalable user-centric functional split selection strategy named SPLIT-HPSO. Third, we integrate the radio resource allocation scheme in the functional split selection optimization approach. To do so, we propose a new heuristic based on Swarm Particle Optimization and Dijkstra approaches, so called E2E-USA. In the fourth stage, we consider a deep learning based approach for user-centric RAN Slice Allocation scheme, so called DL-USA, to operate in real-time. The results obtained prove the efficiency of our proposed strategies

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Trinh, Le-Huy. "Antennes reconfigurables pour les applications mobiles et réseaux sans fil". Thesis, Nice, 2015. http://www.theses.fr/2015NICE4047/document.

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Abstract (sommario):

Au cours de ces dernières années, les technologies de télécommunication ont fait d'énormes progrès, notamment dans les communications mobiles et les réseaux de capteurs sans fil (WSN). Pour répondre à l’augmentation de la capacité de transmission et à l’amélioration de la qualité des canaux de communications mobiles, l’élargissement de la bande de fonctionnement est nécessaire par l'utilisation d'antennes reconfigurables en fréquence. En outre, dans les applications WSN, afin de réduire les collisions, d’augmenter la distance de communication et d'optimiser la consommation, l’utilisation d’antennes reconfigurables en directivité est une bonne solution. Dans ce cadre, nos travaux de recherche ont portés sur la conception de différentes structures antennaires reconfigurables. Dans un premier temps nous avons réalisés une antenne reconfigurable à base de nouveaux éléments actifs, les digitally tunable capacitors (DTC). Ces composants sont de très bons candidats en vue d’une intégration d'antennes pour des applications communications mobiles et WSN. Ensuite nous nous sommes attachés à concevoir des structures multibande, MIMO et reconfigurables en fréquence, permettant d’augmenter la bande de fréquence de fonctionnement du système de communication, d'optimiser l'efficacité et la qualité spectrale et d'améliorer la qualité de canal. Enfin, une autre voie a été explorée, l’utilisation d’antennes reconfigurables en directivité pour des applications de WSN. Les résultats de simulation et de mesure sont également présentés dans ce chapitre. Grâce à l'utilisation de ce type de structures, la performance des WSN a été optimisée
In recent years, telecommunication technologies have enormous progress, especially cellular communications and wireless sensor networks. To meet the demand of increasing transmission capacity, improving quality of cellular communication channels, expanding the operating band of the equipment is necessary. As passive antenna has reached the limit on increasing the operating band with the small size, the use of frequency reconfigurable antenna is a feasible solution. Besides, in the applications of WSN, to reduce collisions, increase communication distance and optimize consumption, directional reconfigurable antenna is a good proposal. In this thesis we present several reconfigurable antenna structures. Firstly, a new component is introduced; digitally tunable capacitor (DTC). Thanks to its advantages, such parts are good candidate to be integrated in the antenna for cellular communication and wireless sensor network applications. After, several antennas are introduced include multiband antenna, MIMO and frequency reconfigurable antenna, which can be used to extend the operating frequency band of the communication system, optimize spectral efficiency and quality improve channel quality. The structures of these antennas are introduced together with the results of simulation and measurement for the purpose of solving the challenges given in the future cellular communications systems. And then, the proposed approach to the design of reconfigurable directional antennas is presented. Several reconfigurable directional antennas, which are used in applications of WSN, are introduced. Thanks to the use of directional antennas reconfigurable, performance of WSN system will be optimized

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Buey, Cyril. "Conception et mesure de systèmes multi-antennes pour les futures technologies 5G". Thesis, Université Côte d'Azur (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018AZUR4023/document.

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Abstract (sommario):

Cette thèse étudie les technologies porteuses de la 5ème génération de communication mobile telle que le MIMO et Massive MIMO ainsi que les divers challenges amenés par l’apparition de ces nouvelles technologies. Dans ce but un banc de mesure spécifique pour la caractérisation des performances des antennes MIMO en WLAN et LTE a été mis en œuvre. Dans un premier temps le banc de mesure a été réalisé à partir d’instruments de mesures Rhodes & Schwarz ; L’opportunité de travailler avec EURECOM nous a amenés à développer un second banc de test en utilisant l’OpenAirInterface, une plateforme open-source exploitant des systèmes de radio par logiciel. Nous avons conçu et réalisé une série de prototypes de routeur Wifi constitués de huit antennes. Chaque prototype est réalisé à partir d’antennes différentes (imprimées, 3D…). Nous avons également réalisé une seconde série prototype de routeur Wifi constitué de huit antennes imprimées sur plastique grâce à la technologie LDS. Une campagne de mesure a été réalisée avec ces prototypes sur le banc de test évoqué ci-dessus pour extraire des critères de performance antennaire utiles pour les applications MIMO. Ces études ont pour objectif d’apporter des éléments d’optimisation sur les techniques MIMO d’un point de vue antennaire. Une seconde partie de cette thèse est dédiée aux fréquences millimétriques qui sont au cœur de la 5G. Nous avons conçu un prototype de téléphone constitué de quatre antennes millimétriques. Une mesure permettant de prendre en compte les interférences avec le corps humain a été mise en place pour étudier les contraintes liées à l’implantation d’antennes millimétriques dans les futurs terminaux mobiles
This PhD thesis studies the technologies of the 5th generation of mobile communication such as MIMO and Massive MIMO as well as the various challenges brought by the appearance of these new technologies. For this purpose, a specific test bench for characterizing the performance of MIMO antennas in WLAN and LTE has been implemented. The first the setup was made from Rhodes & Schwarz measuring instruments. The opportunity to work with EURECOM led us to develop a second test bench using the OpenAirInterface, an open-source platform exploiting software-based radio systems. We designed and built a series of Wi-Fi router prototypes consisting of eight antennas. Each prototype is made from different antennas (printed, 3D ...). We also produced a second series of Wi-Fi router prototypes consisting of eight antennas printed on plastic using LDS technology. A measurement campaign was carried out with these prototypes on the test bench mentioned above to extract useful antenna performance criteria for MIMO applications. These studies aim to provide optimization elements on MIMO techniques from an antenna point of view. A second part of this thesis is dedicated to the millimeter frequencies that are at the heart of 5G. We designed a mobile phone prototype consisting of four millimeter antennas. A measure to take into account the interference with the human body has been put in place to study the constraints related to the implementation of millimeter antennas in future mobile terminals

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Atallah, Eve. "Une solution pour l'établissement non planifié de groupes sécurisés permettant des communications sûres dans les réseaux MANets purs". Limoges, 2008. https://aurore.unilim.fr/theses/nxfile/default/dc02beb3-c3d0-4717-8d6f-6a3706b2da76/blobholder:0/2008LIMO4060.pdf.

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Abstract (sommario):

Le travail présenté dans cette thèse porte sur les réseaux MANets sans centralisation ni administration dans lesquels les utilisateurs sont mobiles et non nécessairement liés entre eux par une organisation humaine. Notre contribution consiste en une architecture totalement décentralisée permettant de sécuriser les échanges au sein de tels réseaux. Sa concrétisation, l'application SManet, repose sur un module administrateur embarqué sur carte à puce chargé de tâches habituellement réalisées par une entité centralisée. Chaque dispositif utilisateur possède une carte équipée de ce module qui procède à toutes les opérations de contrôle assurant le bon comportement de son hôte et la sécurité des communications avec les autres possesseurs d'une carte. Cette solution permet de mettre en place des échanges sûrs, n'importe où, n'importe quand, sans aucune planification et donc sans aucune oraganisation humaine préalable sous-jacente
The work presented in this thesis is about MANets with no centralization or administration and where users are highly mobile and not necessarily linked together within a human organization. Our contribution is a decentralized architecture that makes it possible to secure communication within such networks. Its implementation, the SManet application, is based on an administrator module embedded in a mart card which is in charge of the tasks usually carried out by a centralized entity. Each mobile treminal is equipped with a card embedding such a module that controls the operations ensuring the correct behavior of its host and the security of the communications with the other card holders. This solution supports the establishment of secure exchanges, anywhere, anytime, with no planning and thus without any prior underlying human organization

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Saad, Joe. "Evolution of mobile networks architecture and optimization of radio resource management". Electronic Thesis or Diss., université Paris-Saclay, 2024. http://www.theses.fr/2024UPASG005.

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Abstract (sommario):

Avec les réseaux de cinquième génération (5G), plusieurs services hétérogènes sont supportés: le service enhanced Mobile BroadBand (eMBB) caractérisé par ses débits élevés, le service Ultra-Reliable Low-Latency Communications (URLLC) nécessitant une faible latence et le service massive Machine-Type Communications (mMTC) privilégiant une importante densité de connexions.Grâce au slicing, la coexistence de ces services sur le même réseau est possible. Le slicing divise le réseau en sous-réseaux logiques et isolés dont chaque partie est dénommée slice et attribuée à une catégorie de services.De plus, le Radio Access Network (RAN) est le lieu d'une transformation visant à désintégrer ses composants grâce à des organismes de normalisation comme l'alliance Open-RAN (O-RAN). Cette évolution apporte plusieurs avantages pour les opérateurs comme l'introduction de l'intelligence artificielle au niveau des contrôleurs.Dans ce contexte de slicing et d'évolution du RAN, l'optimisation des ressources radio est un défi majeur pour un opérateur mobile afin d'assurer la qualité de service des différents slices à partir d'algorithmes efficaces. Par conséquent, dans cette thèse, l'objectif est de proposer plusieurs algorithmes d'allocation de ressources radio en identifiant les indicateurs de performance nécessaires pour la prise de décisions. De plus, les différentes approches proposées sont comparées entre elles et à celles de l'état de l'art, y compris l'approche standard. Aussi, pour la plupart des solutions proposées, leur emplacement dans l'architecture O-RAN est discuté.Notre premier algorithme est basé sur le Dynamic Weighted Fair Queuing (DWFQ) dans un contexte multi-slice et multi-Virtual Operator (VO). Le but est de déterminer la portion de ressources attribuée à chaque VO dans chaque slice en utilisant la théorie des jeux.Dans la suite, on s'intéresse à la gestion des ressources radio au niveau d'un même opérateur. Pour cela, une deuxième approche se focalise sur l'allocation des ressources radio entre deux slices hétérogènes: eMBB et URLLC. Deux approches, centralisée basée sur le Deep-Q Networks (DQN) et distribuée basée sur un jeu non-coopératif, traitent ce problème où l'allocation des ressources se fait grâce à l'ingénierie de trafic.Dans la troisième contribution, on ajoute l'aspect numérologie (espacement entre sous-porteuses) au problème précédent avec l'étude de trois slices: eMBB, URLLC et mMTC. Pour cela, on divise la bande de l'opérateur en plusieurs Bandwidth Parts (BWPs) dont chacune est associée à une numérologie ce qui provoque l'Inter-Numerology Interference (INI). Par suite, on propose un algorithme à trois étages dont le premier étage utilise la théorie des jeux pour choisir la BWP qui servira les utilisateurs URLLC. Le deuxième étage utilise une heuristique pour déterminer la portion de ressources radio dédiée à chaque BWP. Le troisième étage utilise le DQN pour dimensionner une bande de garde entre les BWPs utilisant des numérologies différentes afin de réduire l'INI.Pour la suite, on garde toujours l'aspect multi-numérologies dans le problème mais on s'intéresse plutôt aux utilisateurs connectés simultanément à plusieurs slices. Pour ces utilisateurs, une latence additionnelle est générée à cause du BWP switching qui est nécessaire pour récupérer les ressources de chaque slice. Pour cela, notre quatrième contribution propose trois mécanismes innovants de BWP switching qui permettent de réduire la latence globale due à cet effet.Pour la dernière contribution, l'efficacité énergétique de ces utilisateurs est étudiée en proposant un algorithme qui sélectionne entre la configuration "single numerology" (une seule BWP pour tous les slices) et "multi-numerology" (BWP différente pour chaque slice) en se basant sur plusieurs facteurs comme le niveau de batterie. Cette sélection se fait à travers deux approches, centralisée basée sur un problème d'optimisation et distribuée basée sur la théorie des jeux
With Fifth Generation (5G) Networks, multiple heterogeneous services are supported such as the enhanced Mobile BroadBand (eMBB) service characterized by high throughput demand, the Ultra-Reliable Low-Latency Communications (URLLC) service requiring a low latency and the massive Machine-Type Communications (mMTC) service favoring a high density of connected devices.Thanks to slicing, these services can coexist on the same infrastructure. Slicing divides the network into multiple isolated logical networks named slices where each slice is attributed to a category of services.Furthermore, standardization bodies such as the Open-RAN alliance (O-RAN) focus on the evolution of the Radio Access Network (RAN) architecture including RAN components disaggregation. This evolution brings in many advantages for the operator such as the introduction of artificial intelligence at the level of the controllers.In this context of RAN evolution and slicing, the radio resource optimization is an important challenge for the mobile network operator to ensure Quality of Service (QoS) satisfaction for the different slices through efficient algorithms. Therefore, in this thesis, the objective is to propose various radio resource allocation algorithms based on the identification of the necessary Key Performance Indicators (KPIs) to take the appropriate decisions. Additionally, the proposed approaches are compared against each other and against other approaches from the state-of-the-art. Also, solutions implementation in an O-RAN compliant architecture is discussed.Our first algorithm is based on Dynamic Weighted Fair Queuing (DWFQ) in a multi-slice and multi-Virtual Operator (VO) context. The aim of this algorithm is to determine the resource portion that will be attributed to each VO in each slice using game theory.Next, we focus on the radio resource management at the level of a single operator. Therefore, the second contribution focuses on the radio resource allocation between two heterogeneous slices: eMBB and URLLC. Two approaches solve this problem where the radio resource allocation is based on traffic engineering. The first approach is a centralized one based on Deep-Q Networks (DQN) and the second is a distributed one based on a non-cooperative game.In our third contribution, we add the numerology (subcarrier spacing) aspect to the previous problem, while considering three slices: eMBB, URLLC and mMTC. For this reason, we divide the total band into multiple Bandwidth Parts (BWPs) each linked to a numerology. This causes a new type of interference called Inter-Numerology Interference (INI). Therefore, we propose a three-level algorithm where the first level uses game theory to choose the BWP that will serve the URLLC users. The second level uses heuristics to determine the portion of radio resources attributed to each BWP. The third level uses DQN to dimension the guard bands between the BWPs using different numerologies to reduce the INI effect.Subsequently, the multi-numerology aspect is retained in the problem, while considering multiple slices per user. For these users, an additional latency is induced due to BWP switching. The latter is necessary in order to retrieve the data of each slice. For this reason, our fourth contribution proposes three innovative BWP switching schemes that help to reduce the overall latency.As for our final contribution, we focus on the energy efficiency aspect of such users by proposing an algorithm that selects the most suitable BWP configuration: single numerology (a single BWP for all slices) or multi-numerology (different BWP for each slice) while taking into account multiple factors such as the battery level. This selection is done thanks to two approaches: a centralized one based on an optimization problem and a distributed one based on game theory

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Wang, Tsu-Han. "Real-time Software Architectures and Performance Evaluation Methods for 5G Radio Systems". Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2022. https://accesdistant.sorbonne-universite.fr/login?url=https://theses-intra.sorbonne-universite.fr/2022SORUS362.pdf.

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Abstract (sommario):

La thèse porte sur les architectures temps réel pour la radio-logicielle 5G. Afin de répondre aux exigences de performances de la 5G, une accélération des procédés critiques combinée à des méthodes d’ordonnancement de processus temps réels sont nécessaires. Dans les systèmes embarqués 5G, l'accélération équivaut à une combinaison judicieuse d'unités matérielles supplémentaires pour les fonctions les plus coûteuses en termes de calcul avec des composants logiciels pour des procédures de contrôle complexe ainsi que l’arithmétique simples. Des solutions entièrement logicielles apparaissent également pour certaines applications, notamment dans l'écosystème dit Open Radio-Access Network (openRAN). Les contributions de cette thèse résident dans des méthodes d'accélération purement logicielles et de contrôle en temps réel d'interfaces dit « fronthaul » à faible latence. Étant donné que la 5G a des exigences de latence strictes et prend en charge le trafic de données à très haut débit, les méthodes d’ordonnancement du traitement en bande de base doivent être adaptées aux spécificités de l'interface radio. Plus précisément, nous proposons une décomposition fonctionnelle de l'interface-air 5G qui se prête à des implémentations logicielles multicœurs ciblant des serveurs haut de gamme exploitant l'accélération de données multiples à instruction unique (SIMD). De plus, nous fournissons quelques pistes pour le traitement multithread via le pipelining et l'utilisation de pools de threads. Nous mettons en évidence les méthodes et la caractérisation de leur performances qui ont été exploitées lors du développement de l'implémentation OpenAirInterface 5G
The thesis deals with 5G real-time Software Defined Radio architectures. In order to match 5G performance requirements, computational acceleration combined with real-time process scheduling methods are required. In 5G embedded systems acceleration amounts to a judicious combination additional hardware units for the most computationally costly functions with software for simpler arithmetic and complex control procedures. Fully software-based solutions are also appearing for certain applications, in particular in the so-called Open Radio-Access Network (openRAN) ecosystem. The contributions of this thesis lie in methods for purely software-based acceleration and real-time control of low-latency fronthaul interfaces. Since 5G has stringent latency requirements and support for very high-speed data traffic, methods for scheduling baseband processing need to be tailored to the specifics of the air-interface. Specifically, we propose a functional decomposition of the 5G air interface which is amenable to multi-core software implementations targeting high-end servers exploiting single-instruction multiple-data (SIMD) acceleration. Moreover, we provide some avenues for multi-threaded processing through pipelining and the use of thread pools. We highlight the methods and their performance evaluation that have been exploited during the development of the OpenAirInterface 5G implementation

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Lahsen-Cherif, Iyad. "Spectral and Energy Efficiency in 5G Wireless Networks". Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016SACLS506/document.

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Abstract (sommario):

La pénurie d'énergie et le manque d'infrastructures dans les régions rurales représentent une barrière pour le déploiement et l'extension des réseaux cellulaires. Les approches et techniques pour relier les stations de base (BSs) entre elles à faible coût et d'une manière fiable et efficace énergiquement sont l'une des priorités des opérateurs. Ces réseaux peu denses actuellement, peuvent évoluer rapidement et affronter une croissance exponentielle due principalement à l'utilisation des téléphones mobiles, tablettes et applications gourmandes en bande passante. La densification des réseaux est l'une des solutions efficaces pour répondre à ce besoin en débit élevé. Certes, l'introduction de petites BSs apporte de nombreux avantages tels que l'amélioration du débit et de la qualité du signal, mais entraîne des contraintes opérationnelles telles que le choix de l'emplacement des noeuds dans ces réseaux de plus en plus denses ainsi que leur alimentation. Les problèmes où la contrainte spatiale est prépondérante sont bien appropriés à la modélisation par la géométrie stochastique qui permet une modélisation réaliste de distribution des BSs. Ainsi, l'enjeu est de trouver de nouvelles approches de gestions d'interférence et de réductions de consommation énergétique dans les réseaux sans fil. Le premier axe de cette thèse s'intéresse aux méthodes de gestion d'interférence dans les réseaux cellulaires se basant sur la coordination entre les BSs, plus précisément, la technique Coordinated MultiPoint Joint Transmission (CoMP-JT). En CoMP-JT, les utilisateurs en bordure de cellules qui subissent un niveau très élevé d'interférences reçoivent plusieurs copies du signal utile de la part des BSs qui forment l'ensemble de coordination. Ainsi, nous utilisons le modèle r-l Square Point Process (PP) à fin de modéliser la distribution des BSs dans le plan. Le processus r-l Square PP est le plus adapté pour modéliser le déploiement réel des BSs d'un réseau sans fil, en assurant une distance minimale, (r - l), entre les points du processus. Nous discutons l'impact de la taille de l'ensemble de coordination sur les performances évaluées. Ce travail est étendu pour les réseaux denses WiFi IEEE 802.11, où les contraintes de portées de transmission et de détection de porteuse ont été prises en compte. Dans le deuxième axe du travail, nous nous intéressons à l'efficacité énergétique des réseaux mesh. Nous proposons l'utilisation des antennes directionnelles (DAs) pour réduire la consommation énergétique et améliorer le débit de ces réseaux mesh. Les DAs ont la capacité de focaliser la transmission dans la direction du récepteur, assurant une portée plus importante et moins d'énergie dissipée dans toutes les directions. Pour différentes topologies, nous dérivons le nombre de liens et montrons que ce nombre dépend du nombre de secteurs de l'antenne. Ainsi, en utilisant les simulations, nous montrons que le gain, en énergie et en débit, apporté par les DAs peut atteindre 70% dans certains cas. De plus, on propose un modèle d'optimisation conjointe d'énergie et du débit adapté aux réseaux WMNs équipés de DAs. La résolution numérique de ce modèle conforte les résultats de simulation obtenus dans la première partie de cette étude sur l'impact des DAs sur les performances du réseau en termes de débit et d'énergie consommée. Ces travaux de thèse s'inscrivent dans le cadre du projet collaboratif (FUI16 LCI4D), qui consiste à concevoir et à valider une architecture radio ouverte pour renforcer l'accès aux services broadband dans des lieux ne disposant que d'une couverture minimale assurée par un réseau macro-cellulaire traditionnel
Today's networks continue to evolve and grow resulting more dense, complex and heterogeneous networks.This leads to new challenges such as finding new models to characterize the nodes distribution in the wireless network and approaches to mitigate interference. On the other hand, the energy consumption of WMNs is a challenging issue mainly in rural areas lacking of default electrical grids. Finding alternative technologies and approaches to reduce the consumed energy of these networks is a interesting task. This thesis focuses on proposing and evaluating interference management models for next generation wireless networks (5G and Very Dense High WLANs), and providing tools and technologies to reduce energy consumption of Wireless Mesh Networks (WMNs). Two different problems are thus studied; naturally the thesis is divided into two parts along the following chapters.The contribution of the first part of the thesis is threefold. Firstly, we develop our interference management coordination (CoMP-JT) model. The main idea of CoMP-JT is to turn signals generating harmful interference into useful signals. We develop a new model where BSs inside the coordinated set send a copy of data to border's users experiencing high interference. We consider the r-l Square point process to model the BSs distribution in the network. We derive network performance in terms of coverage probability and throughput. Additionally, we study the impact of the size of coordination set on the network performance. Secondly, we extend these results and provide a new model adopted for Dense Very high throughput WLANs. We take into consideration constraints of WLANs in our model such as carrier sensing range. Thirdly, we tackle resource allocation strategies to limit the interference in LTE networks. We study three cyclic allocation strategies: (i) the independent allocation, (ii) the static allocation and (iii) the load-dependent strategy. We derive tractable analytical expression of the first and second mean of interference. We validate the model using extensive simulations. Reducing the energy consumption and improving the energy efficiency of WMNs is our concern in the second part of the thesis. Indeed, we aim at studying the impact of directional antennas technology on the performance of WMNs, using both analysis and simulations. Fisrt, We derive the Number of Links (NLs) for the chain and grid topologies for different antennas beams. These results are based on the routing tables of nodes in the network. We consider different scenarios such as 1Source-NDestinations to model the downlink communications, NSources-1Destination to model the uplink communications and the 1Source-1Destination as a baseline scenario. Using ns-3 simulator, we simulate network performance in terms of Mean Loss Ratio, throughput, energy consumption and energy efficiency. Then, we study the impact of number of beams, network topology and size, the placement of the gateway on the network performance. Next, we go beyond simulations and propose an optimization framework minimizing the consumed energy while maximizing the network throughput for DAs WMNs. We consider a weighted objective function combining the energy consumption and the throughput. We use power control to adapt transmission power depending on the location of the next hop. This model is a first step to approve the obtained simulation results. We use ILOG Cplex solver to find the optimal solution. Results show that DAs improves the network throughput while reduce the energy consumption and that power control allows saving more energy. In this direction, the LCI4D Project aims at providing low cost infrastructure to connect isolated rural and sub-urban areas to the Internet. In order to reduce the installation and maintenance costs, LCI4D proposes the usage of self-configured Wireless Mesh Networks (WMNs) to connect multimode outdoor femtocells to the remote Marco cell (gateway)

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Bastug, Ejder. "Les méthodes de caching distribué dans les réseaux small cells". Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2015. http://www.theses.fr/2015SACLC017/document.

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Abstract (sommario):

Cette thèse explore le caching proactif, l'un des principaux paradigmes des réseaux cellulaires 5G utilisé en particulier le déploiement des réseaux à petites cellules (RPCs). Doté de capacités de prévisions en combinaison avec les récents développements dans le stockage, la sensibilité au contexte et les réseaux sociaux, le caching distribué permet de réduire considérablement les pics de trafic dans la demande des utilisateurs en servant de manière proactive ces derniers en fonction de leurs demandes potentielles, et en stockant les contenus à la fois dans les stations de base et dans les terminaux des utilisateurs. Pour montrer la faisabilité des techniques de caching proactif, nous abordons le problème sous deux angles différents, à savoir théorique et pratique.Dans la première partie de cette thèse, nous utiliserons des outils de géométrie stochastique pour modéliser et analyser les gains théoriques résultant du stockage dans les stations de base. Nous nous focalisons en particulier sur 1-) les réseaux ``niveau-simple" dans lesquels de petites stations de base ayant une capacité de stockage limitée, 2-) Réseaux ``niveau-multiples" avec un backbone à capacité limitée et 3-) Les réseaux ``niveau-multiples groupés" à deux topologies différentes: déploiements en fonction de la couverture et en fonction de la capacité. Nous y caractérisons les gains de stockage en termes de débit moyen fourni et de délai moyen, puis nous montrons différents compromis en fonction du nombre de stations de base, de la taille de stockage, du facteur de popularité des contenus et du débit des contenus ciblés. Dans la seconde partie de la thèse, nous nous focalisons à une approche pratique du caching proactif et nous focalisons sur l'estimation du facteur de popularité des contenus et les aspects algorithmiques. En particulier, 1-) nous établissons dans un premier lieu les gains du caching proactif à la fois au niveau des stations de base qu'au niveau des terminaux utilisateurs, en utilisant des outils récents d'apprentissage automatique exploitant le transfert des communications appareil-à-appareil (AàA); 2-) nous proposons une approche d'apprentissage sur la base de la richesse des informations transmises entre terminaux (que nous désignons par domaine source) dans le but d'avoir une meilleure estimation de la popularité des différents contenus et des contenus à stocker de manière stratégique dans les stations de base (que nous désignons par domaine cible); 3-) Enfin, pour l'estimation de la popularité des contenus en pratique, nous collectons des données de trafic d'usagers mobiles d'un opérateur de télécommunications sur plusieurs de ses stations de base pendant un certain nombre d'observations. Cette grande quantité de données entre dans le cadre du traitement ``Big Data" et nécessite l'utilisation de nouveaux mécanismes d'apprentissage automatique adaptés à ces grandes masses de données. A ce titre, nous proposons une architecture parallélisée dans laquelle l'estimation de la popularité des contenus et celle du stockage stratégique au niveau des stations de base sont faites simultanément. Nos résultats et analyses fournissent des visions clés pour le déploiement du stockage de contenus dans les petites stations de base, l'une des solutions les plus prometteuses des réseaux cellulaires mobiles hétérogènes 5G
This thesis explores one of the key enablers of 5G wireless networks leveraging small cell network deployments, namely proactive caching. Endowed with predictive capabilities and harnessing recent developments in storage, context-awareness and social networks, peak traffic demands can be substantially reduced by proactively serving predictable user demands, via caching at base stations and users' devices. In order to show the effectiveness of proactive caching techniques, we tackle the problem from two different perspectives, namely theoretical and practical ones.In the first part of this thesis, we use tools from stochastic geometry to model and analyse the theoretical gains of caching at base stations. In particular, we focus on 1) single-tier networks where small base stations with limited storage are deployed, 2) multi-tier networks with limited backhaul, and) multi-tier clustered networks with two different topologies, namely coverage-aided and capacity-aided deployments. Therein, we characterize the gains of caching in terms of average delivery rate and mean delay, and show several trade-offs as a function of the number of base stations, storage size, content popularity behaviour and target content bitrate. In the second part of the thesis, we take a more practical approach of proactive caching and focus on content popularity estimation and algorithmic aspects. In particular: 1) We first investigate the gains of proactive caching both at base stations and user terminals, by exploiting recent tools from machine learning and enabling social-network aware device-to-device (D2D) communications; 2) we propose a transfer learning approach by exploiting the rich contextual information extracted from D2D interactions (referred to as source domain) in order to better estimate the content popularity and cache strategic contents at the base stations (referred to as target domain); 3) finally, to estimate the content popularity in practice, we collect users' real mobile traffic data from a telecom operator from several base stations in hours of time interval. This amount of large data falls into the framework of big data and requires novel machine learning mechanisms to handle. Therein, we propose a parallelized architecture in which content popularity estimation from this data and caching at the base stations are done simultaneously.Our results and analysis provide key insights into the deployment of cache-enabled small base stations, which are seen as a promising solution for 5G heterogeneous cellular networks

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Tibhirt, Amel. "Mitigation of Cross-link Interference for MIMO TDD Dynamic Systems in 5G+ Networks". Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2024. https://accesdistant.sorbonne-universite.fr/login?url=https://theses-intra.sorbonne-universite.fr/2024SORUS017.pdf.

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Abstract (sommario):

Le TDD dynamique joue un rôle crucial dans les réseaux 5G, adaptant les ressources aux besoins variés. Il améliore l'efficacité spectrale en allouant dynamiquement des créneaux horaires pour les transmissions montantes et descendantes en fonction de la demande de trafic et des conditions de canal. Cette allocation dynamique de fréquence assure une utilisation efficace du spectre et prend en charge une connectivité massive, une latence faible et les exigences de la qualité de service. Son rôle dans l'agrégation de porteuses maximise les débits de données et la capacité du réseau, soulignant son importance dans les technologies de communication sans fil avancées.Cependant, le TDD dynamique est confronté à un défi majeur : l'Interférence des liens croisés. Ce type d'interférence se produit lorsque les transmissions montantes et descendantes partagent les mêmes bandes de fréquences, provoquant des interférences.Cette interférence comprend l'interférence de Station de Base à Station de Base (BS-to-BS) ou du lien descendant au lien montant (DL-to-UL) ainsi que l'interférence d'Équipement Utilisateur à Équipement Utilisateur (UE-to-UE) ou du lien montant vers le lien descendant (UL- to-DL). Dans l'interférence DL-to-UL, les transmissions descendantes débordent dans les bandes des transmissions montantes, dégradant la communication montante. À l'inverse, l'interférence UL-to-DL se produit lorsque les transmissions montantes interfèrent avec la réception des transmissions descendantes.Gérer efficacement ces interférences est crucial pour la performance et la fiabilité d'un système TDD dynamique.Ce mémoire vise à libérer tout le potentiel du TDD dynamique en surmontant les défis posés par les interférences des liens croisés grâce à une analyse rigoureuse et des méthodologies innovantes. La recherche ne se contente pas de faire progresser la technologie TDD dynamique, elle pionnière des solutions applicables à divers contextes de communication, stimulant des stratégies innovantes d'alignement d'interférence dans des scénarios variés.Le mémoire se divise en plusieurs parties. La première pose les bases avec la définition du problème et les concepts théoriques essentiels. La deuxième partie examine les conditions de faisabilité de l'alignement des interférences. Ces conditions sont exprimées en fonction de la dimension du problème et établissent le degré de liberté (DoF) atteignable, représentant le nombre de flux de données possibles. Elle explore l'alignement d'interférence dans des scénarios centralisés, en considérant à la fois les canaux MIMO en rang complet et réduit, et aborde des complexités du monde réel. De plus, elle étend l'exploration à un scénario distribué, offrant une compréhension réaliste des complexités de la communication. La troisième partie se concentre sur les techniques d'optimisation, en particulier le beamforming. Elle introduit le Zero Forcing (ZF) beamforming pour les utilisateurs, alignant l'interférence dans les systèmes TDD dynamique. Elle met l'accent sur l'impact de l'interférence des liens croisés entre utilisateurs et présente les améliorations apportées par les algorithmes WMMSE. De plus, elle explore l'optimisation de l'allocation de puissance en utilisant l'algorithme Water-Filling, évaluant la performance du Zero Forcing Beamforming et de l'algorithme WMMSE en fonction de cette approche d'optimisation de puissance
Dynamic Time Division Duplexing (DynTDD) is pivotal in 5th generation (5G) networks, adapting resources to diverse needs. It enhances Spectral Efficiency (SE) by dynamically allocating time slots for Uplink (UL) and Downlink (DL) transmissions based on traffic demand and channel conditions. This dynamic frequency allocation ensures efficient spectrum use and supports massive connectivity, low latency, and Quality-of-Service (QoS) requirements. Its role in carrier aggregation maximizes data rates and capacity, highlighting its importance in advanced wireless communication technologies.However, DynTDD faces a significant challenge: cross-link interference (CLI). CLI occurs when UL and DL transmissions share the same frequency bands, leading to interference.CLI comprises base station to base station (BS-to-BS) or downlink to uplink (DL-to-UL) interference and user equipment to user equipment (UE-to-UE) or uplink to downlink (UL-to-DL) interference. In DL-to-UL interference, DL transmissions spill into UL bands, degrading UL communication. Conversely, UL-to-DL interference occurs when UL transmissions interfere with DL reception.Effectively managing CLI is crucial for DynTDD's performance and reliability.This thesis aims to unleash the full potential of DynTDD by overcoming CLI challenges through rigorous analysis and innovative methodologies. The research not only advances DynTDD technology but also pioneers solutions applicable to various communication contexts, driving innovative interference alignment strategies across diverse scenarios.The study in this thesis is divided into multiple segments. The first part establishes the foundation with the problem definition and essential theoretical concepts. The second part delves into the conditions determining the feasibility of interference alignment. These conditions are expressed in terms of the problem dimension and establish the achievable Degree of Freedom (DoF), representing the number of data streams. It explores interference alignment in centralized scenarios, considering both full-rank and reduced-rank Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) Interference Broadcast Multiple Access Channel-Interference Channel (IBMAC-IC), addressing real-world complexities. Additionally, it extends the exploration to a distributed scenario, providing a realistic understanding of communication complexities. The third part focuses on optimization techniques, specifically beamforming. It introduces Zero Forcing (ZF) beamforming for both DL and UL User Equipment (UE)s to align CLI in DynTDD systems. It emphasizes the impact of UE-to-UE interference and presents improvements brought by the Weighted Minimum Mean Square Error (WMMSE) algorithms. Furthermore, it explores power allocation optimization using the water-filling algorithm

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Le, Trung Kien. "Physical layer design for ultra-reliable low-latency communications in 5G". Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2021. http://www.theses.fr/2021SORUS198.

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Abstract (sommario):

L'émergence de nouveaux cas et d’applications tels que la réalité virtuelle/augmentée, l'automatisation industrielle, les véhicules autonomes, etc. en 5G fait définir au Third Generation Partnership Project (3GPP) Ultra-reliable low-latency communications (URLLC) comme un des trois services. Pour soutenir URLLC avec des exigences strictes de la fiabilité et de la latence, 3GPP Release 15 et 16 ont standardisé des fonctionnalités d’URLLC dans le spectre sous licence. Release 17 en cours agrandit des fonctionnalités d’URLLC au spectre sans licence pour cibler des nouveaux cas dans des scénarios industriels. Dans la première partie de cette thèse du Chapitre 2 au Chapitre 4, nous nous concentrons sur URLLC dans le spectre sous licence. La première étude est confrontée au problème de garantir le nombre des répétitions dans des uplink configured-grant (CG) ressources. Ensuite, nous étudions la collision entre une eMBB UL transmission d'un UE et une URLLC UL transmission d'un autre UE sur des CG ressources. Enfin, nous recherchons la DL transmission où le feedback de la DL semi-persistent scheduling transmission est abandonné à cause du conflit entre des DL/UL symboles. Dans la deuxième partie du Chapitre 5 au Chapitre 8, nous nous focalisons sur URLLC dans le spectre sans licence. Dans le spectre sans licence, un appareil demande d'accéder au canal en utilisant load based equipment (LBE) ou frame based equipment (FBE). L’incertitude d’acquérir un canal par LBE ou FBE pourrait empêcher la URLLC transmission d’atteindre l’exigence de la latence. Par conséquent, l'étude de l'impact de LBE ou FBE sur la URLLC transmission et des améliorations de LBE et de FBE sont nécessaires
The advent of new use cases and new applications such as augmented/virtual reality, industrial automation, autonomous vehicles, etc. in 5G has made the Third Generation Partnership Project (3GPP) specify Ultra-reliable low-latency communications (URLLC) as one of the service categories. To support URLLC with the strict requirements of reliability and latency, 3GPP Release 15 and Release 16 have specified the URLLC features in licensed spectrum. The ongoing 3GPP Release 17 extends the URLLC features to unlicensed spectrum to target the new use cases in the industrial scenario. In the first part of the thesis from Chapter 2 to Chapter 4, we focus on the URLLC in licensed spectrum. The first study deals with the problem of ensuring the configured number of uplink (UL) configured-grant (CG) repetitions of a transport block. Secondly, we study the collisions of an eMBB UL transmission of a user equipment (UE) and an URLLC UL transmission of another UE on the CG resources. Thirdly, the focus of this study is the downlink (DL) transmission where the feedback of the DL semi-persistent scheduling transmission is dropped due to the conflict of the DL/UL symbols. In the second part from Chapter 5 to Chapter 8, we focus on URLLC operation in unlicensed spectrum. In unlicensed spectrum, a 5G device is required to access to a channel by using load based equipment (LBE) or frame based equipment (FBE). The uncertainty of obtaining channel access through LBE or FBE can impede the achievement of the URLLC latency requirements. Therefore, the study of impact of LBE and FBE on URLLC transmission and the enhancements of LBE and FBE are needed

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Rabia, Tarek. "Virtualisation des fonctions d'un Cloud Radio Access Network(C-RAN)". Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2018. https://accesdistant.sorbonne-universite.fr/login?url=https://theses-intra.sorbonne-universite.fr/2018SORUS009.pdf.

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Abstract (sommario):

La nouvelle génération de réseaux mobiles (5G) devrait faire face, durant les cinq prochaines années, à une importante croissance du volume de données, échangé entre plusieurs milliards d'objets et d'applications connectés. En outre, l'émergence de nouvelles technologies, telles que Internet of Things (IoT), conduite autonome et réalité augmentée, impose de plus fortes contraintes de performance et de qualité de service (QoS). Répondre aux besoins cités, tout en réduisant les dépenses d'investissement et d'exploitation (CAPEX/OPEX), sont les objectifs poursuivis par les opérateurs télécom, qui ont défini une nouvelle architecture d'accès radio, appelée Cloud Radio Access Network (C-RAN). Le principe du C-RAN est de centraliser, au sein d'un pool, les parties de traitement, BaseBand Unit (BBU), d'un RAN traditionnel. Les BBU sont alors dissociées de la station de base et de la partie radio, Remote Radio Unit (RRU). Ces deux parties restent néanmoins connectées à travers un réseau intermédiaire appelé Fronthaul (FH). Dans cette thèse, nous allons concevoir une nouvelle architecture C-RAN partiellement centralisée qui intègrera une plateforme de virtualisation basée sur un environnement Xen, nommée " Metamorphic Network " (MNet). A travers cette architecture, nous viserons à : i) mettre en place un pool, dans lequel des ressources physiques (processeurs, mémoire, ports réseaux, etc.) seront partagées entre des BBU virtualisées et d'autres applications, ii) établir un réseau FH ouvert aux fournisseurs de services et aux tierces parties, facilitant ainsi le déploiement des services au plus près des utilisateurs, pour une meilleure qualité d'expérience, iii) exploiter, à travers le FH, les infrastructures Ethernet existantes pour réduire les CAPEX/OPEX et enfin, iv) atteindre les performances réseau préconisées pour la 5G. Dans la première contribution, nous allons définir une nouvelle architecture Xen pour la plateforme MNet, intégrant le framework de packet processing, OpenDataPlane (ODP), au sein d’un domaine Xen privilégié, nommé « Driver Domain ». Notre objectif, à travers cette architecture, est d’accélérer le traitement des paquets de données transitant par MNet, en évitant la surutilisation, par ODP, des cœurs du processeur physique (CPU) de la plateforme. Pour cela, des cœurs CPU virtuels (vCPU) seront alloués dans le Driver Domain pour être exploités durant le traitement des paquets par ODP. Cette nouvelle plateforme MNet servira de base pour notre architecture C-RAN. Dans la seconde contribution, nous allons implémenter, au sein du FH, deux solutions réseau. La première solution, consistera à déployer le réseau de couche 2, Transparent Interconnection of Lots of Links (TRILL), pour connecter les différents éléments de notre architecture C-RAN. La seconde solution, consistera à déployer un réseau Software Defined Network (SDN), géré par le contrôleur distribué ONOS, qui sera virtualisé dans le pool BBU. Une comparaison des performances réseau sera réalisée entre ces deux solutions
Over the next five years, the new generation of mobile networks (5G) would face a significant growth of the data volume, exchanged between billions of connected objects and applications. Furthermore, the emergence of new technologies, such as Internet of Things (IoT), autonomous driving and augmented reality, imposes higher performance and quality of service (QoS) requirements. Meeting these requirements, while reducing the Capital and Operation Expenditures (CAPEX/OPEX), are the pursued goals of the mobile operators. Consequently, Telcos define a new radio access architecture, called Cloud Radio Access Network (C-RAN). The C-RAN principle is to centralize, within a pool, the processing unit of a radio interface, named BaseBand Unit (BBU). These two units are interconnected through a Fronthaul (FH) network. In this thesis, we design a new partially centralized C-RAN architecture that integrates a virtualization platform, based on a Xen environment, called Metamorphic Network (MNet). Through this architecture, we aim to: i) implement a pool in which physical resources (processors, memory, network ports, etc.) are shared between virtualized BBUs and other applications; ii) establish an open FH network that can be used by multiple operators, service providers and third parties to deploy their services and Apps closer to the users for a better Quality of Experience (QoE); iii) exploit, through the FH, the existing Ethernet infrastructures to reduce CAPEX/OPEX; and finally iv) provide the recommended network performance for the 5G. In the first contribution, we define a new Xen architecture for the MNet platform integrating the packet-processing framework, OpenDataPlane (ODP), within a privileged Xen domain, called Driver Domain (DD). This new architecture accelerates the data packet processing within MNet, while avoiding the physical CPUs overuse by ODP. Thus, virtual CPU cores (vCPU) are allocated within DD and are used by ODP to accelerate the packet processing. This new Xen architecture improves the MNet platform by 15%. In the second contribution, we implement two network solutions within the FH. The first solution consist of deploying a layer 2 network protocol, Transparent Interconnection of Lots of Links (TRILL), to connect multiple elements of our C-RAN architecture. The second solution consists of implementing a Software Defined Network (SDN) model managed by Open Network Operating System (ONOS), a distributed SDN controller that is which is virtualized within BBU pool. Moreover, a network performance comparison is performed between these two solutions

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Allouis, Alain. "NOMA-MCM strategies in transmission and reception for advanced vehicular communications in 5G and beyond". Electronic Thesis or Diss., Valenciennes, Université Polytechnique Hauts-de-France, 2024. http://www.theses.fr/2024UPHF0003.

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Abstract (sommario):

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

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Ta, Duc-Tuyen. "Channel Surveillance Strategy and Interference Reduction in Future Wireless Networks". Electronic Thesis or Diss., Paris, ENST, 2018. http://www.theses.fr/2018ENST0039.

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Abstract (sommario):

La révolution des télécommunications sans fil crée une énorme demande pour l’'accès au spectre des fréquences radio avec l'explosion du nombre d'appareils connectés et la grande diversité des cas d'utilisation et des exigences. Cependant, le conflit entre la pénurie de spectre libre et la sous-utilisation du spectre entraîne des inefficacités importantes des communications sans fil et entrave le déploiement de nouvelles applications. Récemment, la radio cognitive (RC) est apparue comme une technologie prometteuse pour pallier la pénurie de spectre et mieux utiliser les ressources en permettant aux utilisateurs du réseau de détecter et d'exploiter les opportunités du spectre.Le succès du déploiement des réseaux CR dépend cependant non seulement de l'exploitation efficace des opportunités de spectre, mais aussi des mécanismes d'auto-coexistence entre les utilisateurs cognitifs (UC). L'objectif de cette thèse est donc de fournir une étude systématique des mécanismes d'auto-coexistence pour les utilisateurs cognitifs dans les architectures de réseau RC centralisées et distribuées, qui répondent directement aux défis techniques causés par les utilisateurs malfaisants dans le cas des réseaux à infrastructure centralisée et les problèmes d’attribution de ressources dans les réseaux à infrastructure distribuée
The wireless revolution is creating a huge demand for accessing to the radio frequency spectrum with the explosion of the number of connected devices and the large diversity of use cases and requirements. However, the conflict between the spectrum scarcity and the spectrum underutilization leads to significant inefficiencies of wireless communications and impedes the deployment of new applications.Recently, Cognitive Radio (CR) has emerged as a promising technology to address to alleviate the spectrum scarcity and better utilize the spectrum resources by enabling the network users to detect and exploit the spectrum opportunities. The successful deployment of CR networks, however, depends not only on the efficient exploitation of the spectrum opportunities but also on the self-coexistence mechanisms between cognitive users (SUs). The objective of this thesis, therefore, is to provide a systematic study of self-coexistence mechanisms for the cognitive users in both centralized and distributed CR network architecture, which directly address the unaddressed technical challenges of the threat caused by the misbehaving users in the centralized infrastructure networks and the resource allocation issues in the distributed infrastructure networks

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Bechihi, Adel. "Joint design of control algorithms and communication protocols for Connected and Automated Vehicles". Electronic Thesis or Diss., université Paris-Saclay, 2023. http://www.theses.fr/2023UPAST203.

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Abstract (sommario):

Dans cette thèse, nous nous adressons le problème du contrôle de systèmes multi-agents connectés via des modèles réalistes de systèmes de communication. Nous traitons principalement les systèmes de véhicules connectés et automatisés (CAVs) communiquant via des systèmes de communication 5G qui permettent deux types de communication : la communication directe entre les nœuds, connue sous le nom de communication véhicule-à-véhicule (V2V), et la communication à travers l'infrastructure réseau, qui est la manière traditionnelle de communiquer dans les réseaux cellulaires.La thèse traite de trois problèmes : premièrement, nous analysons les propriétés de stabilité et de convergence de l'algorithme du consensus pour agents d'intégrateurs du premier ordre en utilisant un schéma d'accès multiple par répartition temporelle (TDMA) pour partager les ressources du réseau d'un canal de communication partagé. La stabilité exponentielle du système considéré est démontrée, et une borne explicite dépendant des paramètres du système de communication est fournie pour estimer la vitesse de convergence. Ensuite, nous abordons le problème du contrôle de formation d'un groupe de véhicules connectés dans un contexte de communication 5G. Nous proposons un algorithme d'allocation de ressources pour sélectionner les utilisateurs émetteurs afin d'atteindre la formation souhaitée tout en respectant les contraintes imposées par le couche de communication. Enfin, nous étudions les propriétés de stabilité des filtres de Kalman pour les systèmes hybrides, précisément, des systèmes avec une dynamique en temps continu observée à travers des mesures en temps discret. La stabilité d'entrée-à-état (ISS) est démontrée pour de tels systèmes en utilisant une fonction de Lyapunov appropriée. Ce résultat peut être considéré comme une première étape dans l'analyse de la robustesse du système global, car il permet de prendre en compte les effets des erreurs de communication sur la stabilité du système contrôlé
In this thesis, we address the problem of control of multi-agent systems connected over realistic models of communication systems. We mainly focus on systems of connected and automated vehicles (CAVs) that communicate through a 5G communication system, which allows two types of communication: direct communication between nodes, known as Vehicle-to-Vehicle (V2V) communications, and communication through the network infrastructure, which is the traditional way of communication in cellular networks.The thesis discusses three problems: first, we analyze the stability and convergence properties of the consensus algorithm of first-order integrator agents using a time-division multiple access (TDMA) scheme to share the network resources of a broadcast shared communication channel. Exponential stability of the considered system is proved, and an explicit bound depending on the communication system parameters is provided to estimate the convergence rate. Second, we treat the problem of formation control of a float of connected vehicles in a 5G communication context. We propose a resource allocation algorithm to select the transmitting users to achieve the desired formation while satisfying the constraints imposed by the communication system. Finally, we study the stability properties of Kalman filters for hybrid systems, i.e., systems with continuous-time dynamics observed through discrete-time measurements. Input-to-state stability (ISS) is proved for such systems relying on an appropriate Lyapunov function. This result can be considered as a first step in the robustness analysis of the overall system since it allows to treat the effects of communication errors on the controlled system stability

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Sapountzis, Nikolaos. "Optimisation au niveau réseau dans le cadre des réseaux hétérogènes nouvelle génération". Electronic Thesis or Diss., Paris, ENST, 2016. http://www.theses.fr/2016ENST0082.

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Abstract (sommario):

Depuis 2016, il est bien connu que les réseaux mobiles dominent nos vies. Nous utilisons nos téléphones cellulaires pour presque tout: du réseautage social au streaming, à la recherche de logement ou pour les transactions bancaires. Néanmoins, il semble que les opérateurs ne comprennent pas cette domination, puisque leurs réseaux sont constitués de nœuds qui: (i) subissent d'énormes fluctuations de charge, (ii) gaspillent leurs ressources, et (iii) sont accusés d'être tueurs d'énergie majeurs. Ces inconvénients nuisent à load-balancing, efficacité spectrale et énergétique, respectivement. L'objectif de cette dissertation est d'étudier attentivement ces gains d'efficacité et d'établir un bon “trade off” entre eux pour les futurs réseaux hétérogènes 5G mobiles. Dans cette direction, nous nous concentrons tout d'abord sur (i) l'utilisateur et la différenciation du trafic, émergeant des applications de type MTC et IoT, et (ii) du RAN. Plus précisément, nous réalisons une modélisation, une analyse de performance et une optimisation appropriées pour une famille d'objectifs, en utilisant des outils provenant principalement de l'optimisation (non) convexe, de la probabilité et de la théorie des files d'attente. Après, nous soulignons que l'optimisation des fonctionnalités RAN, suivie d'un formidable « capacity crunch », posent de sérieuses contraintes dans le réseau de backhaul en le faisant apparaître comme un goulet d'étranglement de performance. Ainsi, nous incluons (iii) dans notre cadre: des contraintes de capacité de liaison de backhaul dans des topologies génériques. Enfin, nous considérons le problème de l'allocation TDD dans les réseaux d'accès et de backhaul
By 2016, it is well-known that mobile networking has dominated our lives. We use our mobile cell phones for almost everything: from social networking to streaming, finding accommodation or banking. Nevertheless, it seems that operators have not understood yet this domination, since their networks consist of nodes that: (i) suffer from enormous load fluctuations, (ii) waste their resources, and (iii) are blamed to be a major energy-killer worldwide. Such shortcomings hurt: load-balancing, spectral and energy efficiency, respectively. The goal of this dissertation is to carefully study these efficiencies and achieve a good trade-off between them for future mobile 5G heterogeneous networks (HetNets). Towards this direction, we firstly focus on (i) the user and traffic differentiation, emerging from the MTC and IoT applications, and (ii) the RAN. Specifically, we perform appropriate modeling, performance analysis and optimization for a family of objectives, using tools mostly coming from (non) convex optimization, probability and queueing theory. Our initial consideration is on network-layer optimizations (e.g. studying the user association problem). Then, we analytically show that cross-layer optimization is key for the success of future HetNets, as one needs to jointly study other problems coming from the layers below (e.g. the TDD allocation problem from the MAC, or the cross-interference management from the PHY) to avoid performance degradation. Finally, we add the backhaul network into our framework, and consider additional constraints related to the backhaul capacity, backhaul topology, as well as the problem of backhaul TDD allocation

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Clet, Pierre-Emmanuel. "Contributions to the optimization of TFHE's functional bootstrapping for the evaluation of non-polynomial operators". Electronic Thesis or Diss., université Paris-Saclay, 2024. http://www.theses.fr/2024UPASG001.

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Abstract (sommario):

Avec la création et l'utilisation incessantes de données numériques, ces dernières années ont vu naître des inquiétudes au sujet des données sensibles et personnelles. De nouvelles lois, telle que le Règlement Général sur la Protection des Données, ont alors vu le jour pour assurer le respect de la confidentialité des données des individus. Cependant, l'externalisation grandissante du traitement des données notamment avec l'apparition du "machine learning as a service" soulève la question suivante: est-il possible de laisser un tiers traiter nos données tout en les gardant confidentielles ?Une solution à ce problème vient des chiffrements dits FHE, de l'anglais Fully Homomorphic Encryption. À l'aide de tels cryptosystèmes, des opérations peuvent être appliquées directement sur des messages chiffrés, sans jamais dévoiler ni le message d'origine, ni le message résultant des opérations. Ce corpus de techniques permet donc en théorie d'externaliser des calculs sans compromettre la confidentialité des données utilisées lors de ces calculs.Cela pourrait ouvrir la voie à de nombreuses applications telle que la possibilité d'ouvrir des services de diagnostic médicaux en ligne offrant une totale confidentialité des données médicales des patients.Malgré cette promesse alléchante, l'important coût computationnel des opérateurs FHE en limite la portée pratique. En effet, un calcul sur données chiffrées peut prendre plusieurs millions de fois plus de temps que son équivalent sur des données non chiffrées. Cela rend inenvisageable l'évaluation d'algorithme trop complexes sur des données chiffrées. Par ailleurs, le surcoût en mémoire apporté par les chiffrements FHE s'élève à un facteur multiplicatif de plusieurs milliers. Ce surcoût peut donc s'avérer rédhibitoire pour des applications sur des systèmes à basse mémoire tels que des systèmes embarqués.Dans cette thèse nous développons une nouvelle primitive pour le calcul sur données chiffrées basée sur l'opération de "bootstrapping fonctionnel" supportée par le cryptosystème TFHE. Cette primitive permet un gain en latence et en mémoire par rapport aux autres techniques comparables de l'état de l'art. Aussi, nous introduisons une seconde primitive permettant d'effectuer des calculs sous forme de circuit logique permettant un gain significatif de vitesse de calcul par rapport à l'état de l'art. Cette approche pourra notamment être intéressante auprès des concepteurs de compilateurs homomorphes comme alternative à l'utilisation de chiffrement binaire.Ces deux outils se veulent suffisamment généraux pour être applicables à un large panel de cas d'utilisation et ne sont donc pas limités aux cas d'usage présentés dans ce manuscrit.En guise d'illustration, nous appliquons nos opérateurs au calcul confidentiel de réseaux de neurones externalisés, montrant ainsi la possibilité d'évaluer des réseaux de neurones avec une relativement faible latence, même dans le cas de réseau de neurones de type récurrents.Enfin, nous appliquons nos opérateurs à une technique dite de transchiffrement permettant de s'affranchir des considérations de limitation en mémoire dûes à la grande taille des chiffrés FHE côté client
In recent years, concerns about sensitive and personal data arose due to the increasing creation and use of digital data. New laws, such as the General Data Protection Regulation, have been introduced to ensure that the confidentiality of individuals' data is respected. However, the growing outsourcing of data processing, particularly with the emergence of "machine learning as a service", raises the following question: is it possible to let a third party process our data while keeping it confidential?One solution to this problem comes in the form of Fully Homomorphic Encryption, or FHE for short. Using FHE cryptosystems, operations can be applied directly to encrypted messages, without ever revealing either the original message or the message resulting from the operations. In theory, this collection of techniques makes it possible to externalise calculations without compromising on the confidentiality of the data used during these calculations.This could pave the way for numerous applications, such as the possibility of offering online medical diagnostic services while ensuring the total confidentiality of the patients' medical data.Despite this promise, the high computational cost of FHE operators limits their practical scope. A calculation on encrypted data can take several million times longer than its equivalent on non-encrypted data. This makes it unthinkable to evaluate highly time consuming algorithms on encrypted data. In addition, the memory cost of FHE encryption is several thousand times greater than unencrypted data. This overhead may prove to be prohibitive for applications on low-memory systems such as embedded systems.In this thesis we develop a new primitive for computing on encrypted data based on the "functional bootstrapping" operation supported by the TFHE cryptosystem. This primitive allows a gain in latency and memory compared to other comparable techniques in the state of the art. We are also introducing a second primitive enabling calculations to be performed in the form of a logic circuit, providing a significant gain in calculation speed compared with the state of the art. This approach could be of particular interest to designers of homomorphic compilers as an alternative to the use of binary encryption.These two tools are intended to be sufficiently generic to be applicable to a wide range of use cases and are therefore not limited to the use cases presented in this manuscript.As an illustration, we apply our operators to the confidential computation of outsourced neural networks, thus demonstrating the possibility of evaluating neural networks with relatively low latency, even in the case of recurrent neural networks.Finally, we apply our operators to a technique known as transciphering, making it possible to overcome memory limitation on the client side coming with the large size of FHE ciphertexts

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Rabia, Tarek. "Virtualisation des fonctions d'un Cloud Radio Access Network(C-RAN)". Thesis, Sorbonne université, 2018. http://www.theses.fr/2018SORUS009/document.

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Abstract (sommario):

La nouvelle génération de réseaux mobiles (5G) devrait faire face, durant les cinq prochaines années, à une importante croissance du volume de données, échangé entre plusieurs milliards d'objets et d'applications connectés. En outre, l'émergence de nouvelles technologies, telles que Internet of Things (IoT), conduite autonome et réalité augmentée, impose de plus fortes contraintes de performance et de qualité de service (QoS). Répondre aux besoins cités, tout en réduisant les dépenses d'investissement et d'exploitation (CAPEX/OPEX), sont les objectifs poursuivis par les opérateurs télécom, qui ont défini une nouvelle architecture d'accès radio, appelée Cloud Radio Access Network (C-RAN). Le principe du C-RAN est de centraliser, au sein d'un pool, les parties de traitement, BaseBand Unit (BBU), d'un RAN traditionnel. Les BBU sont alors dissociées de la station de base et de la partie radio, Remote Radio Unit (RRU). Ces deux parties restent néanmoins connectées à travers un réseau intermédiaire appelé Fronthaul (FH). Dans cette thèse, nous allons concevoir une nouvelle architecture C-RAN partiellement centralisée qui intègrera une plateforme de virtualisation basée sur un environnement Xen, nommée " Metamorphic Network " (MNet). A travers cette architecture, nous viserons à : i) mettre en place un pool, dans lequel des ressources physiques (processeurs, mémoire, ports réseaux, etc.) seront partagées entre des BBU virtualisées et d'autres applications, ii) établir un réseau FH ouvert aux fournisseurs de services et aux tierces parties, facilitant ainsi le déploiement des services au plus près des utilisateurs, pour une meilleure qualité d'expérience, iii) exploiter, à travers le FH, les infrastructures Ethernet existantes pour réduire les CAPEX/OPEX et enfin, iv) atteindre les performances réseau préconisées pour la 5G. Dans la première contribution, nous allons définir une nouvelle architecture Xen pour la plateforme MNet, intégrant le framework de packet processing, OpenDataPlane (ODP), au sein d’un domaine Xen privilégié, nommé « Driver Domain ». Notre objectif, à travers cette architecture, est d’accélérer le traitement des paquets de données transitant par MNet, en évitant la surutilisation, par ODP, des cœurs du processeur physique (CPU) de la plateforme. Pour cela, des cœurs CPU virtuels (vCPU) seront alloués dans le Driver Domain pour être exploités durant le traitement des paquets par ODP. Cette nouvelle plateforme MNet servira de base pour notre architecture C-RAN. Dans la seconde contribution, nous allons implémenter, au sein du FH, deux solutions réseau. La première solution, consistera à déployer le réseau de couche 2, Transparent Interconnection of Lots of Links (TRILL), pour connecter les différents éléments de notre architecture C-RAN. La seconde solution, consistera à déployer un réseau Software Defined Network (SDN), géré par le contrôleur distribué ONOS, qui sera virtualisé dans le pool BBU. Une comparaison des performances réseau sera réalisée entre ces deux solutions
Over the next five years, the new generation of mobile networks (5G) would face a significant growth of the data volume, exchanged between billions of connected objects and applications. Furthermore, the emergence of new technologies, such as Internet of Things (IoT), autonomous driving and augmented reality, imposes higher performance and quality of service (QoS) requirements. Meeting these requirements, while reducing the Capital and Operation Expenditures (CAPEX/OPEX), are the pursued goals of the mobile operators. Consequently, Telcos define a new radio access architecture, called Cloud Radio Access Network (C-RAN). The C-RAN principle is to centralize, within a pool, the processing unit of a radio interface, named BaseBand Unit (BBU). These two units are interconnected through a Fronthaul (FH) network. In this thesis, we design a new partially centralized C-RAN architecture that integrates a virtualization platform, based on a Xen environment, called Metamorphic Network (MNet). Through this architecture, we aim to: i) implement a pool in which physical resources (processors, memory, network ports, etc.) are shared between virtualized BBUs and other applications; ii) establish an open FH network that can be used by multiple operators, service providers and third parties to deploy their services and Apps closer to the users for a better Quality of Experience (QoE); iii) exploit, through the FH, the existing Ethernet infrastructures to reduce CAPEX/OPEX; and finally iv) provide the recommended network performance for the 5G. In the first contribution, we define a new Xen architecture for the MNet platform integrating the packet-processing framework, OpenDataPlane (ODP), within a privileged Xen domain, called Driver Domain (DD). This new architecture accelerates the data packet processing within MNet, while avoiding the physical CPUs overuse by ODP. Thus, virtual CPU cores (vCPU) are allocated within DD and are used by ODP to accelerate the packet processing. This new Xen architecture improves the MNet platform by 15%. In the second contribution, we implement two network solutions within the FH. The first solution consist of deploying a layer 2 network protocol, Transparent Interconnection of Lots of Links (TRILL), to connect multiple elements of our C-RAN architecture. The second solution consists of implementing a Software Defined Network (SDN) model managed by Open Network Operating System (ONOS), a distributed SDN controller that is which is virtualized within BBU pool. Moreover, a network performance comparison is performed between these two solutions

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Hamza, Anis Amazigh. "Improving cooperative non-orthogonal multiple access (CNOMA) and enhancing the physical layer security (PLS) for beyond 5G (B5G) and future eHealth wireless networks". Electronic Thesis or Diss., Valenciennes, Université Polytechnique Hauts-de-France, 2023. http://www.theses.fr/2023UPHF0006.

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Abstract (sommario):

La cinquième génération de réseaux cellulaires (5G) a été une véritable révolution des technologies du réseau d'accès radio et du réseau mobile de base, se présentant comme la génération de rupture qui permet la cohabitation d'applications et usages extrêmement diversifiés, unifiés au sein d'une même technologie. Néanmoins, la 5G n'est qu'un début : de nouveaux scénarios et défis émergent. Par conséquent, la communauté des chercheurs prépare le terrain pour les systèmes cellulaires au-delà de la 5G (B5G). À cet égard, plusieurs technologies habilitantes sont étudiées. Outre la radio intelligente, l'utilisation des mmWaves, la technologie MIMO massive, ou encore l'utilisation de full-duplex (FD). L'accès multiple non orthogonal (NOMA) est apparu comme une technologie prometteuse qui permet à plusieurs utilisateurs de partager les mêmes ressources et optimise ainsi l'allocation des ressources, réduit la latence, et améliore à la fois l'efficacité spectrale et énergétique. Ces avantages font de NOMA un candidat sérieux en tant que système d'accès multiple pour les futurs réseaux B5G, en particulier pour les applications de la eSanté. NOMA peut être combiné de manière flexible avec n'importe quelle technologie sans fil telle que la communication coopérative, le full-duplex (FD), mmWave et les modulations multi-porteuses (MCM).Cette thèse propose une étude approfondie de cette technologie émergente, en particulier le NOMA coopératif (CNOMA) qui est considéré comme une technologie prometteuse pour les systèmes sans fil B5G et des futurs réseaux de eSanté, en commençant par présenter ses principes de base ainsi que sa combinaison avec la technologie FD, la transmission MCM, l'apprentissage en profondeur, ainsi qu'à l'amélioration de la sécurité de la couche physique (PLS).Tout d'abord, cette thèse étudie les performances du taux d'erreur des systèmes FD-CNOMA avec les canaux d'évanouissement sans fil. De nouvelles expressions des taux d'erreur binaire sont dérivées. De plus, des analyses à SNR élevé sont effectuées, ce qui a montré que FD-CNOMA a un plancher d'erreur en raison des imperfections du SIC et des résidus des auto-interférences. Sur la base des expressions dérivées, un nouveau schéma de relais sélectif est proposé pour améliorer de manière opportuniste les performances du système, en utilisant la surcharge minimale d'informations d'état de canal (CSI).Deuxièmement, le CNOMA basé sur MCM est examiné sous des canaux doublement sélectifs. Dans le contexte de la eSanté, cela peut être projeté sur les cas d'utilisation d'urgence en ambulance. Plus important encore, cette thèse présente une méthode d'amélioration des performances pour les utilisateurs lointains des systèmes MCM-NOMA avec un SIC imparfait et CSI imparfait sous des canaux sans fil doublement sélectifs. Deux schémas efficaces d'annulation d'interférence sont proposés pour améliorer le CNOMA basé sur MCM. Les schémas proposés sont robustes pour des scénarios de mobilité élevée avec une complexité de calcul relativement faible.Troisièmement et enfin, les progrès de l'apprentissage profond basé sur les réseaux de neurones (DNN) ont attiré une grande attention dans la communauté des communications sans fil (WCS). L'apprentissage profond a trouvé un large éventail d'applications dans les systèmes sans fil. Cependant, les DNN sont connus pour être très sensibles aux attaques contradictoires. De nombreuses attaques contradictoires robustes visant des systèmes sans fil basés sur les DNN ont été proposées dans la littérature. Cela devient un défi majeur pour la sécurité de la couche physique (PLS). Pour surmonter cette vulnérabilité, cette thèse propose une nouvelle technique de défense dont l'objectif est de protéger la victime sans dégrader la précision de son modèle de base en l'absence d'attaque. Les résultats obtenus sont très prometteurs et confirment que la technique de défense proposée peut améliorer la PLS d'une manière significative
The fifth generation of cellular networks (5G) was a real revolution in radio access technologies and mobile networks, presenting itself as the breakthrough generation that allowed the coexistence of extremely diversified applications and usage scenarios, unified under the same standard. Nevertheless, 5G is just the beginning: new scenarios and challenges are emerging. Therefore, the research community is pushing the research ahead and preparing the ground for beyond 5G (B5G) cellular systems. In this regard, several enabling technologies are investigated. In addition to the cognitive radio (CR), mmWave, massive MIMO, or even the use of full-duplex (FD), non-orthogonal multiple access (NOMA) emerged as a promising technology that allows multiple users to share the same resource block and hence, optimizes resource allocation, reduces the end-to-end latency, and improves both spectrum and energy efficiencies. Those advantages make NOMA a serious candidate as a multiple access scheme for future B5G networks, especially for the demanding eHealth applications. Furthermore, NOMA can be flexibly combined with any wireless technology such as cooperative communication, FD, mmWave, and multicarrier modulation (MCM).Motivated by this treatise, this thesis provides a comprehensive and intensive examination of this emerging technology, particularly, cooperative NOMA (CNOMA) which is considered a promising enabling technology for future B5G eHealth networks, from the basic principles to its combination with the full-duplex technology, MCM transmission, to deep learning as well as enhancing the physical layer security (PLS).First, this thesis investigates the error rate performance of FD-CNOMA systems over wireless fading channels. New closed-form expressions of the exact bit error rates (BER) are derived. Moreover, high-SNR analyses are conducted, which reveals that FD-CNOMA has an error floor due to the successive interference cancellation (SIC) imperfections and residual self-interference (RSI). Based on the derived expressions, a novel selective relaying scheme is proposed to opportunistically improve the system performance using the minimal channel state information (CSI) overhead.Second, the MCM-based CNOMA is examined under doubly selective channels encountered in vehicular and railway wireless communications. In the eHealth context, this can be projected to ambulance emergency healthcare use cases. More importantly, this thesis presents a performance improvement method for cell-edge users of MCM-NOMA systems with imperfect SIC and imperfect CSI under doubly selective wireless channels. Two efficient iterative interference cancellation schemes are proposed to enable user relaying for MCM-based CNOMA. The proposed schemes are robust for high mobility scenarios with a relatively low computational complexity.Third and last, advances in machine learning based on deep neural networks (DNNs) attracted great attention in the wireless communication community (WCS). It is regarded as a key component of B5G networks. Deep learning has found a broad range of applications in wireless systems, e.g., spectrum sensing, waveform design, SIC, and channel estimation. However, DNNs are known to be highly susceptible to adversarial attacks. Many robust over-the-air adversarial attacks against DNN-based WCS have been proposed in the literature. This is becoming a major challenge facing the physical layer security (PLS) of DNN-based WCS. To overcome this vulnerability, this thesis proposes a novel robust defense approach. The objective of our defense is to protect the victim without significantly degrading the accuracy of its baseline model in the absence of the attack. The obtained results are very promising and confirm that the proposed defense technique can enhance significantly the PLS of future DNN-based WCS

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Foroughi, Parisa. "Towards network automation : planning and monitoring". Electronic Thesis or Diss., Institut polytechnique de Paris, 2022. http://www.theses.fr/2022IPPAT038.

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Abstract (sommario):

La gestion de réseau subit des changements radicaux en raison des attentes élevées de l’infrastructure pour supporter de nouveaux services. Les diverses exigences de ces services nécessitent l’intégration de nouvelles technologies habilitantes qui compliquent le processus de surveillance et de planification du réseau. Par conséquent, pour alléger la charge et augmenter la précision de la surveillance et de la planification, des solutions plus automatisées au niveau des éléments/dispositifs sont nécessaires. Dans cette thèse, nous proposons un cadre semi-automatique appelé AI-driven telemetry (ADT) pour collecter, traiter et évaluer l’état des routeurs en utilisant des données de télémétrie en continu. ADT se compose de 4 blocs de construction : le collecteur, le détecteur, l’explicateur et l’exportateur. Nous nous concentrons sur le bloc de détection dans ADT et proposons une technique de détection de changement en ligne multi-variable appelée DESTIN. Notre étude sur le bloc d’explication de la TAD se limite à explorer le potentiel des données d’entrée et à montrer la possibilité d’une description automatique des événements. Ensuite, nous abordons le problème de la planification et du dimensionnement dans les réseaux d’accès radio équipés de serveurs périphériques distribués. Nous proposons un modèle qui satisfait aux exigences de service et utilise les nouvelles technologies habilitantes, c’est-à-dire le découpage en tranches du réseau et les techniques de virtualisation. Nous montrons les avantages de l’utilisation de notre modèle holistique pour automatiser la planification des réseaux d’accès radio en utilisant le recuit simulé et les méthodes gourmandes
Network management is undergoing drastic changes due to the high expectations of the infrastructure to support new services. The diverse requirements of these services, call for the integration of new enabler technologies that complicate the network monitoring and planning process. Therefore, to alleviate the burden and increase the monitoring and planning accuracy, more automated solutions on the element/device level are required. In this thesis, we propose a semi-automated framework called AI-driven telemetry (ADT) for collecting, processing, and assessing the state of routers using streaming telemetry data. ADT consists of 4 building blocks: collector, detector, explainer, and exporter. We concentrate on the detection block in ADT and propose a multi-variate online change detection technique called DESTIN. Our study on the explainer block of ADT is limited to exploring the potential of the input data and showcasing the possibility of the automated event description. Then, we tackle the problem of planning and dimensioning in radio access networks equipped with distributed edge servers. We propose a model that satisfies the service requirements and makes use of novel enabler technologies, i.e. network slicing and virtualization techniques. We showcase the advantages of using our holistic model to automate RAN planning by utilizing simulated annealing and greedy methods

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Bulusu, Sri Satish Krishna Chaitanya. "Performance Analysis and PAPR Reduction Techniques for Filter-Bank based Multi-Carrier Systems with Non-Linear Power Amplifiers". Electronic Thesis or Diss., Paris, CNAM, 2016. http://www.theses.fr/2016CNAM1042.

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Abstract (sommario):

Cette thèse a été effectuée dans le cadre du projet européen FP7 EMPHATIC (Enhanced Multicarrier Techniques for Professional Ad-Hoc and Cell-Based Communications). Plusieurs universités européennes et deux partenaires industriels: THALES Communications Security et CASSIDIAN ont participé à ce projet. L'objectif de ce projet est de développer, d'évaluer et de démontrer les apports des techniques multi-porteuses avancées, permettant une meilleure utilisation des bandes de fréquences radio existantes en fournissant des services de données à large bande, en coexistence avec les services traditionnels à bande étroite. Le projet porte sur l'application de radiocommunications mobiles professionnelles (Professional Mobile Radio : PMR). L'idée principale de ce projet est d'analyser la viabilité des systèmes à large bande utilisant des bancs de filtres (Filter Bank Multi Carrier : FBMC) conjointement avec une modulation d'amplitude en quadrature avec décalage (Offset Quadrature Amplitude Modulation : OQAM) dans le cadre de la 5ème génération (5G) des systèmes radio-mobiles. La modulation FBMC-OQAM se positionne comme candidate potentielle pour les futurs systèmes de communication. Cette modulation avancée offre de nombreux avantages tels que l’excellente localisation fréquentielle de sa densité spectrale de puissance (DSP), une robustesse au bruit de phase, aux décalages de fréquence ainsi qu’à l’asynchronisme entre les utilisateurs. Ces atouts, la rendent plus attrayant qu’OFDM pour l’application PMR, la radio cognitive (CR) et la 5G. Cependant, comme toute autre technique de modulation muti-porteuses, FBMC-OQAM souffre d’un facteur de crête ou d’un PAPR (pour Peak to Average Power Ratio) élevé. Lorsque l'amplificateur de puissance (AP), utilisé au niveau de l’émetteur, est opéré proche de sa zone non-linéaire (NL), ce qui est le cas dans la pratique, la bonne localisation fréquentielle de la DSP du système FBMC/OQAM est sérieusement compromise, en raison des remontées spectrales. Le premier objectif de cette thèse est de prédire l'étendue des remontées spectrales dans les systèmes FBMC-OQAM, introduites par la non-linéarité AP. Le deuxième objectif de ce travail est de proposer des techniques, pour les systèmes FBMC-OQAM, permettant la réduction du PAPR et la linéarisation de l’AP, afin d'atténuer les effets NL. L’utilisation des cumulants, a permis de prédire les remontées spectrales pour les signaux FBMC-OQAM après amplification NL. En outre, certains algorithmes de réduction du PAPR, basées sur des approches probabilistes et des techniques d'ajout de signaux, ont été proposés. La capacité de coexistence du système à large bande utilisant FBMC-OQAM avec des systèmes PMR à bande étroite en présence de PA a été analysée et il a été démontré que la coexistence est possible, à condition qu'il y est une bonne combinaison entre le recul du signal à l’entrée de l’AP (Input Back-Off : IBO), la réduction du PAPR et la linéarisation de l’AP. Enfin, une nouvelle technique de linéarisation de l’AP a été proposée pour le système FBMC-OQAM
This thesis is part of the European FP7 EMPHATIC project (Enhanced Multicarrier Techniques for Professional Ad-Hoc and Cell-Based Communications) including various European universities and two main industrial partners: THALES Communications Security and CASSIDIAN. The EMPHATIC objective is to develop, evaluate and demonstrate the capability of enhanced multi-carrier techniques to make better use of the existing radio frequency bands in providing broadband data services in coexistence with narrowband legacy services. The project addresses the Professional Mobile Radio (PMR) application. The main idea is to analyze the viability of broadband systems based on filter-bank multi-carrier (FBMC) clubbed with o ffset quadrature amplitude modulation (OQAM) in the context of the future 5th Generation (5G) radio access technology (RAT). Increasingly, the FBMC-OQAM systems are gaining appeal in the probe for advanced multi-carrier modulation (MCM) waveforms for future communication systems. This advanced modulation scheme o ers numerous advantages such as excellent frequency localization in its power spectral density (PSD), a robustness to phase noise, frequency off sets and also to the multi-user asynchronism; making it more appealing than OFDM for PMR, cognitive radio (CR) and 5G RAT. However, like any other MCM technique, FBMC-OQAM suff ers from high PAPR. When the power amplifi er (PA) non-linearity, which is realistic radio-frequency impairment, is taken into account; the good frequency localization property is severely compromised, due to the spectral regrowth. The first objective of this PhD thesis is, to predict the extent of the spectral regrowth in FBMC-OQAM systems, due to the PA non-linearity. The second objective is to probe techniques for FBMC-OQAM systems, such as PAPR reduction and PA linearization, in order to mitigate the NL eff ects of PA. By cumulant analysis, spectral regrowth prediction has been done for FBMC-OQAM systems. Also, some algorithms for PAPR reduction, which are based on probabilistic approach and adding signal methods, have been proposed. The coexistence capability of the FBMC-OQAM based broadband system with the narrowband PMR systems in the presence of PA has been analyzed and it has been found that coexistence is possible, provided there is a symbiotic combination of PA Input Back-off (IBO), PAPR reduction and PA linearization. Finally, a novel PA linearization technique has been proposed for FBMC-OQAM

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Wang, Chenghao. "Contribution à l’optimisation robuste de réseaux". Thesis, Compiègne, 2021. http://www.theses.fr/2021COMP2632.

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Abstract (sommario):

Cette thèse a pour objectif la proposition de nouvelles approches algorithmiques et de modélisation pour la résolution de certains problèmes d’optimisation de réseau dans les domaines des transports et des télécommunications. Plus précisément, les problèmes étudiés tombent dans le domaine du transport aérien, nommément le problème d’affectation des niveaux de vol dans l’espace aérienne, et dans le domaine des télécommunications où on traite des problèmes d’allocation de ressources dans les réseaux 5G. Un aspect important qui a été pris en compte dans cette étude est l’incertitude des données, c’est-à-dire le fait qu’une partie des données d’entrée ne sont pas connues de façon précise. Notre tâche a consisté à modéliser chacun des problèmes, proposer une formulation compacte des variantes déterministe et robuste, et proposer des approches appropriées pour les résoudre. Les problèmes étudiés tombent dans la catégorie des problèmes NP-complets et ils sont difficile à résoudre même pour des instances de taille modeste. Ils deviennent encore plus difficiles dans leur version robuste. Pour le problème d’affectation des niveaux de vols, nous avons considéré les incertitudes liées à l’heure de départ qui sont modélisées via un modèle de mélange gaussien. Le problème est modélisé comme un « chance-constrained problem » et résolu par un algorithme heuristique de génération de contraintes. Il s’agit d’une approche générale qui trouvera des applications plus large que ceux étudiés dans cette thèse. Ensuite, nous avons étudié la conception optimale des réseaux sans fil de 5ème génération (5G) dans le contexte de l’architectures Superfluid. Plus précisément, l’architecture 5G Superfluid est basée sur des entités de réseau appelées « Bloc Fonctionnel Réutilisable » (RFB) qui sont à la base des réseaux 5G. Nous avons étudié le problème de conception d’un tel réseau Superfluid à coût minimum pour lequel une formulation en programme linéaire mixte suivie d’une approche de résolution utilisant la décomposition de Benders a été implémentée ont été proposées. Enfin, le problème spécifique de conception de réseaux virtuels a été considéré sous l’angle de l’efficacité énergétique. Nous avons proposé une formulation de programmation linéaire en nombres entiers mixte du problème robuste, et présentons une nouvelle matheuristique basée sur la combinaison d’un algorithme génétique avec la recherche de voisinage. Les résultats numériques ont porté sur des instances de taille réalistes et ont montré la validité des modèles et des approches proposées
This Ph.D. Thesis is focused on proposing new optimization modeling and algorithmic approaches for dealing with real-world network optimization problems arising in the transportation and telecommunications fields. Since the focus has been on real-world applications, a relevant aspect that has been taken into account is data uncertainty, i.e. the fact that the value of a subset of input data of the problem is not exactly known when the problem is solved. More precisely, in the context of transportation problems, it was considered the flight level assignment problem, which arises in air traffic management. It aims at establishing the flight levels of a set of aircraft in order to improve the total assignment revenue, to reduce the total number of flight conflicts and also the total en-route delay. In this context, we proposed a new chance-constrained optimization problem and iterative constraint-generation heuristic which is based on both analytical and sampling methods. Besides transportation problems, this Thesis has also focused on the optimal design of 5th generation of wireless networks (5G) considering Superfluid and virtual architectures. Specifically, the 5G Superfluid architecture is based on atomic virtual entities called Reusable Functional Block (RFB). We investigated the problem of minimizing the total installation costs of a 5G Superfluid network (composed of virtual entities and realized over a physical network) while guaranteeing constraint on user coverage, downlink traffic performance and technical constraints on RFBs of different nature. To solve this hard problem, we proposed a Benders decomposition approach. Concerning instead the design of general virtual networks, we adopted a green paradigm that pursues energy-efficiency and tackled a state-of-the-art robust mixed integer linear programming formulation of the problem, by means of a new matheuris tic based on combining a genetic algorithm with exact large neighborhood searches. Results of computational tests executed considering realistic problem instances have shown the validity of all the new optimization modeling and algorithmic approaches proposed in this Thesis for the transportation and telecommunications problems sketched above

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Bulusu, Sri Satish Krishna Chaitanya. "Performance Analysis and PAPR Reduction Techniques for Filter-Bank based Multi-Carrier Systems with Non-Linear Power Amplifiers". Thesis, Paris, CNAM, 2016. http://www.theses.fr/2016CNAM1042/document.

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Abstract (sommario):

Cette thèse a été effectuée dans le cadre du projet européen FP7 EMPHATIC (Enhanced Multicarrier Techniques for Professional Ad-Hoc and Cell-Based Communications). Plusieurs universités européennes et deux partenaires industriels: THALES Communications Security et CASSIDIAN ont participé à ce projet. L'objectif de ce projet est de développer, d'évaluer et de démontrer les apports des techniques multi-porteuses avancées, permettant une meilleure utilisation des bandes de fréquences radio existantes en fournissant des services de données à large bande, en coexistence avec les services traditionnels à bande étroite. Le projet porte sur l'application de radiocommunications mobiles professionnelles (Professional Mobile Radio : PMR). L'idée principale de ce projet est d'analyser la viabilité des systèmes à large bande utilisant des bancs de filtres (Filter Bank Multi Carrier : FBMC) conjointement avec une modulation d'amplitude en quadrature avec décalage (Offset Quadrature Amplitude Modulation : OQAM) dans le cadre de la 5ème génération (5G) des systèmes radio-mobiles. La modulation FBMC-OQAM se positionne comme candidate potentielle pour les futurs systèmes de communication. Cette modulation avancée offre de nombreux avantages tels que l’excellente localisation fréquentielle de sa densité spectrale de puissance (DSP), une robustesse au bruit de phase, aux décalages de fréquence ainsi qu’à l’asynchronisme entre les utilisateurs. Ces atouts, la rendent plus attrayant qu’OFDM pour l’application PMR, la radio cognitive (CR) et la 5G. Cependant, comme toute autre technique de modulation muti-porteuses, FBMC-OQAM souffre d’un facteur de crête ou d’un PAPR (pour Peak to Average Power Ratio) élevé. Lorsque l'amplificateur de puissance (AP), utilisé au niveau de l’émetteur, est opéré proche de sa zone non-linéaire (NL), ce qui est le cas dans la pratique, la bonne localisation fréquentielle de la DSP du système FBMC/OQAM est sérieusement compromise, en raison des remontées spectrales. Le premier objectif de cette thèse est de prédire l'étendue des remontées spectrales dans les systèmes FBMC-OQAM, introduites par la non-linéarité AP. Le deuxième objectif de ce travail est de proposer des techniques, pour les systèmes FBMC-OQAM, permettant la réduction du PAPR et la linéarisation de l’AP, afin d'atténuer les effets NL. L’utilisation des cumulants, a permis de prédire les remontées spectrales pour les signaux FBMC-OQAM après amplification NL. En outre, certains algorithmes de réduction du PAPR, basées sur des approches probabilistes et des techniques d'ajout de signaux, ont été proposés. La capacité de coexistence du système à large bande utilisant FBMC-OQAM avec des systèmes PMR à bande étroite en présence de PA a été analysée et il a été démontré que la coexistence est possible, à condition qu'il y est une bonne combinaison entre le recul du signal à l’entrée de l’AP (Input Back-Off : IBO), la réduction du PAPR et la linéarisation de l’AP. Enfin, une nouvelle technique de linéarisation de l’AP a été proposée pour le système FBMC-OQAM
This thesis is part of the European FP7 EMPHATIC project (Enhanced Multicarrier Techniques for Professional Ad-Hoc and Cell-Based Communications) including various European universities and two main industrial partners: THALES Communications Security and CASSIDIAN. The EMPHATIC objective is to develop, evaluate and demonstrate the capability of enhanced multi-carrier techniques to make better use of the existing radio frequency bands in providing broadband data services in coexistence with narrowband legacy services. The project addresses the Professional Mobile Radio (PMR) application. The main idea is to analyze the viability of broadband systems based on filter-bank multi-carrier (FBMC) clubbed with o ffset quadrature amplitude modulation (OQAM) in the context of the future 5th Generation (5G) radio access technology (RAT). Increasingly, the FBMC-OQAM systems are gaining appeal in the probe for advanced multi-carrier modulation (MCM) waveforms for future communication systems. This advanced modulation scheme o ers numerous advantages such as excellent frequency localization in its power spectral density (PSD), a robustness to phase noise, frequency off sets and also to the multi-user asynchronism; making it more appealing than OFDM for PMR, cognitive radio (CR) and 5G RAT. However, like any other MCM technique, FBMC-OQAM suff ers from high PAPR. When the power amplifi er (PA) non-linearity, which is realistic radio-frequency impairment, is taken into account; the good frequency localization property is severely compromised, due to the spectral regrowth. The first objective of this PhD thesis is, to predict the extent of the spectral regrowth in FBMC-OQAM systems, due to the PA non-linearity. The second objective is to probe techniques for FBMC-OQAM systems, such as PAPR reduction and PA linearization, in order to mitigate the NL eff ects of PA. By cumulant analysis, spectral regrowth prediction has been done for FBMC-OQAM systems. Also, some algorithms for PAPR reduction, which are based on probabilistic approach and adding signal methods, have been proposed. The coexistence capability of the FBMC-OQAM based broadband system with the narrowband PMR systems in the presence of PA has been analyzed and it has been found that coexistence is possible, provided there is a symbiotic combination of PA Input Back-off (IBO), PAPR reduction and PA linearization. Finally, a novel PA linearization technique has been proposed for FBMC-OQAM

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Boutiba, Karim. "On enforcing Network Slicing in the new generation of Radio Access Networks". Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2024. https://accesdistant.sorbonne-universite.fr/login?url=https://theses-intra.sorbonne-universite.fr/2024SORUS003.pdf.

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Abstract (sommario):

Les réseaux 5G émergents et au-delà promettent de prendre en charge de nouveaux cas d'utilisation tels que la communication holographique immersive, l'internet des compétences et la cartographie interactive 4D [1]. Ces cas d'usage ont des exigences strictes en termes de Quality de Service (Quality of Service), telles qu'une faible latence, un débit descendant et ascendant (Downlink (DL)/Uplink (UL)) élevé, ainsi qu'une faible consommation d'énergie. Les spécifications du groupe de normalisation 3GPP ont introduit de nombreuses fonctionnalités aux système radio 5G (5G NR), dans le but d'améliorer l'efficacité spectrale de la 5G et de répondre aux exigences strictes et hétérogènes des services de la 5G et au-delà. Parmi les principales fonctionnalités de la 5G NR, on peut citer l'introduction du concept de numérologie et BandWidth Part (BWP), le multiplexage temporel (TDD) dynamique et Connected-mode Discontinuous Reception (C-DRX). Toutefois, les spécifications 3GPP n'indiquent pas comment configurer la next gNode B (gNB)/User Equipment (UE) pour optimiser l'utilisation des fonctionnalités 5G NR. Afin de combler ce manque, nous proposons de nouvelles solutions qui mettent en œuvre des fonctionnalités 5G NR en appliquant les techniques de l'apprentissage automatique ou Machine Learning (ML), en particulier l'apprentissage profond par renforcement ou Deep Reinforcement Learning (DRL). En effet, les outils de l'intelligence artificielle jouent un rôle essentiel dans l'optimisation des systèmes de communication et des réseaux [2] grâce à leurs capacités à rendre le réseau capable de s'auto-configurer et s'auto-optimiser.Dans cette thèse, nous proposons plusieurs solutions pour permettre une configuration intelligente du réseau d'accès radio (RAN). Nous avons divisé les solutions en trois parties distinctes.Dans la première partie, nous proposons deux contributions. Tout d'abord, nous présentons NRflex, une solution de découpage du RAN en tranches (ou slicing), aligné sur l'architecture Open RAN (O-RAN). Par la suite, nous modélisons le problème de découpage du RAN en tranches comme un problème Mixed-Integer Linear Programming (MILP). Après avoir montré que la résolution du problème prend un temps exponentiel, nous avons introduit une nouvelle approche pour le résoudre en un temps polynomial, ce qui est très important pour la fonction de l'ordonnancement (scheduling) des ressources radio. La nouvelle approche consiste à formaliser et résoudre ce problème par le biais l'apprentissage par renforcement profond (DRL).Dans la deuxième partie de la thèse, nous proposons une solution basée sur le DRL pour permettre un TDD dynamique dans une seule cellule 5G NR. La solution a été implémentée dans la plateforme OpenAirInterface (OAI) et testée avec UEs réels. Nous avons ensuite étendu la solution, en tirant parti de Multi-Agent Deep Reinforcement Learning (MADRL), pour prendre en charge plusieurs cellules en tenant compte de l'interférence radio entre les liaisons transversales entre les cellules.Dans la dernière partie de la thèse, nous avons proposé trois solutions pour optimiser le RAN afin de prendre en charge les services URLLC. Tout d'abord, nous avons proposé une solution en deux étapes basées sur l'apprentissage automatique pour prédire les coupures du lien radio ou Radio Link Failure (RLF). Le modèle de prédiction RLF a été entraîné avec des données réelles obtenues à partir d'un banc d'essai 5G. Dans la deuxième contribution, nous avons proposé une solution basée sur le DRL pour réduire la latence UL. Notre solution alloue (prédit) dynamiquement les futurs besoins en ressource radio du UL en apprenant du modèle de trafic. Dans la dernière contribution, nous introduisons une solution basée sur le DRL afin d'équilibrer la latence et la consommation d'énergie en calculant conjointement les paramètres C-DRX et la configuration BWP
The emerging 5G networks and beyond promise to support novel use cases such as immersive holographic communication, Internet of Skills, and 4D Interactive mapping [usecases]. These use cases require stringent requirements in terms of Quality of Service (QoS), such as low latency, high Downlink (DL)/Uplink (UL) throughput and low energy consumption. The 3rd Generation Partnership Project (3GPP) specifications introduced many features in 5G New Radio (NR) to improve the physical efficiency of 5G to meet the stringent and heterogeneous requirements of beyond 5G services. Among the key 5G NR features, we can mention the numerology, BandWidth Part (BWP), dynamic Time Duplex Division (TDD) and Connected-mode Discontinuous Reception (C-DRX). However, the specifications do not provide how to configure the next Generation Node B (gNB)/User Equipment (UE) in order to optimize the usage of the 5G NR features. We enforce the 5G NR features by applying Machine Learning (ML), particularly Deep Reinforcement Learning (DRL), to fill this gap. Indeed, Artificial Intelligence (AI)/ML is playing a vital role in communications and networking [1] thanks to its ability to provide a self-configuring and self-optimizing network.In this thesis, different solutions are proposed to enable intelligent configuration of the Radio Access Network (RAN). We divided the solutions into three different parts. The first part concerns RAN slicing leveraging numerology and BWPs. In contrast, the second part tackles dynamic TDD, and the last part goes through different RAN optimizations to support Ultra-Reliable and Low-Latency Communication (URLLC) services.In the first part, we propose two contributions. First, we introduce NRflex, a RAN slicing framework aligned with Open RAN (O-RAN) architecture. NRflex dynamically assigns BWPs to the running slices and their associated User Equipment (UE) to fulfill the slices' required QoS. Then, we model the RAN slicing problem as a Mixed-Integer Linear Programming (MILP) problem. To our best knowledge, this is the first MILP modeling of the radio resource management featuring network slicing, taking into account (i) Mixed-numerology, (ii) both latency and throughput requirements (iii) multiple slices attach per UE (iv) Inter-Numerology Interference (INI). After showing that solving the problem takes an exponential time, we consider a new approach in a polynomial time, which is highly required when scheduling radio resources. The new approach consists of formalizing this problem using a DRL-based solver.In the second part of this thesis, we propose a DRL-based solution to enable dynamic TDD in a single 5G NR cell. The solution is implemented in OAI and tested using real UEs. Then, we extend the solution by leveraging Multi-Agent Deep Reinforcement Learning (MADRL) to support multiple cells, considering cross-link interference between cells.In the last part, we propose three solutions to optimize the RAN to support URLLC services. First, we propose a two-step ML-based solution to predict Radio Link Failure (RLF). We combine Long Short-Term Memory (LSTM) and Support Vector Machine (SVM) to find the correlation between radio measurements and RLF. The RLF prediction model was trained with real data obtained from a 5G testbed. In the second contribution, we propose a DRL-based solution to reduce UL latency. Our solution dynamically allocates the future UL grant by learning from the dynamic traffic pattern. In the last contribution, we introduce a DRL-based solution to balance latency and energy consumption by jointly deriving the C-DRX parameters and the BWP configuration

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Bemani, Ali. "Affine Frequency Division Multiplexing (AFDM) for Wireless Communications". Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2023. https://accesdistant.sorbonne-universite.fr/login?url=https://theses-intra.sorbonne-universite.fr/2023SORUS610.pdf.

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Abstract (sommario):

La recherche de nouvelles formes d'onde robustes, lorsque utilisées sur des canaux doublement sélectifs, est primordiale. De telles formes d'onde permettraient donc d'assurer des communications fiables pour les réseaux sans fil de nouvelle génération dans les scénarios de haute mobilité. Dans cette thèse, une nouvelle solution, le affine frequency division multiplexing (AFDM), est proposée. Cette nouvelle forme d'onde de type multichirps est basée sur la transformée de Fourier affine discrète (DAFT), une variante de la transformée de Fourier discrète caractérisée par deux paramètres pouvant être adaptés pour mieux faire face aux canaux doublement dispersifs. Cette thèse offre une enquête complète sur les principes de l'AFDM au sein des communications à haute mobilité. Elle fournit un aperçu de la relation explicite entrée-sortie dans le domaine DAFT, révélant l'impact conséquent des paramètres de l'AFDM. Le manuscrit détaille le réglage précis des paramètres DAFT qui permette d'assurer une représentation complète délai-Doppler du canal de propagation sans fil. À travers des démonstrations analytiques, il est affirmé que l'AFDM atteint de manière optimale l'ordre de diversité des canaux doublement dispersifs en raison de la représentation complète délai-Doppler du canal qu'il permet d'obtenir. La thèse propose également deux algorithmes de détection à faible complexité pour l'AFDM, tirant parti de la parcimonie inhérente du canal. Le premier est un détecteur de type minimum mean squared error (MMSE) à faible complexité basé sur la factorisation LDL. Le deuxième est un égaliseur de type decision feedback equalizer (DFE) à faible complexité basé sur la combinaison cohérente, grace à la méthode maximum ratio combining (MRC), de différentes copies des symboles d'entrée du canal ayant été altérés par différents trajets de ce dernier. De plus, la thèse présente une technique de type embedded d'estimation de canal pour les systèmes AFDM, exploitant la capacité de l'AFDM à obtenir une représentation complète délai-Doppler du canal. Dans cette approche, un seul symbole pilote est inséré dans le domain DAFT du symbole AFDM, et les interférences que ce pilote pourrait générer pour les symboles de donnée sont évitées par des intervalles de garde. Un algorithme pratique d'estimation de canal, compatible avec ce schéma de transmission de pilote et basé sur une approche de type approximate maximum likelihood (ML), est aussi proposé. La thèse est conclue en se penchant sur de possibles applications de l'AFDM au delà de celles conçues pour les environnements marqués par une haute mobilité, spécifiquement les applications de type integrated sensing and communication (ISAC) et les communications dans les bandes de hautes fréquences. Il est démontré que pour identifier tous les composants de délai et de Doppler liés au milieu de propagation, on peut utiliser soit le signal AFDM complet, soit seulement sa partie pilote constituée d'un symbole de domaine DAFT et de son intervalle de garde. De plus, la nature chirp de l'AFDM permet une annulation simple de l'auto-interférence, éliminant ainsi le besoin de méthodes coûteuses normalement nécessaires dans les systèmes full duplex. La thèse met également en évidence les bonnes performances de l'AFDM pour les communications sans fil dans les bandes de hautes fréquences sans ou avec mobilité, grâce à la répartition maximale du signal AFDM en temps et en fréquences, assurant un gain de couverture. Contrairement à d'autres formes d'onde, l'AFDM ne fournit pas seulement une répartition maximale temps-fréquences mais assure également une détection robuste et efficace et une résilience au décalage de fréquence de porteuse et au bruit de phase
In the realm of next-generation wireless systems (beyond 5G/6G), the vision is clear: to support a broad range of services and applications. This includes ensuring reliable communications in environments marked by high mobility, such as high-speed railway systems and various vehicular communications. Despite the deployment of various multicarrier techniques like orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) and single-carrier frequency division multiple access (SC-FDMA) in standardized communication systems, the challenge persists. These techniques, while effective in time-invariant frequency selective channels, face performance degradation in high mobility scenarios due to the destruction of orthogonality among subcarriers caused by significant Doppler frequency shifts. Addressing this, the search for new, robust modulation techniques is paramount. It stands as a key area of investigation aiming to resolve the reliable communications issue for next-generation wireless networks within doubly-selective wireless channels. In this thesis, a novel solution, affine frequency division multiplexing (AFDM), is proposed. This new chirp-based multicarrier waveform is based on the discrete affine Fourier transform (DAFT), a variant of the discrete Fourier transform characterized with two parameters that can be adapted to better cope with doubly dispersive channels. This thesis provides a comprehensive investigation into the principles of AFDM within high mobility communications. It provides insight into the explicit input-output relation in the DAFT domain, unveiling the consequential impact of AFDM parameters. The manuscript details the precise setting of DAFT parameters, ensuring a full delay-Doppler representation of the channel. Through analytical demonstrations, it asserts that AFDM optimally achieves the diversity order in doubly dispersive channels due to its full delay-Doppler representation. The thesis also proposes two low-complexity detection algorithms for AFDM, taking advantage of its inherent channel sparsity. The first is a low complexity MMSE detector based on LDL factorization. The second is a low complexity iterative decision feedback equalizer (DFE) based on weighted maximal ratio combining (MRC) of the channel impaired input symbols received from different paths. Additionally, the thesis presents an embedded channel estimation strategy for AFDM systems, leveraging AFDM's ability to achieve full delay-Doppler representation of the channel. In this approach, an AFDM frame contains a pilot symbol and data symbols, with zero-padded symbols employed as guard intervals to prevent interference. A practical channel estimation algorithm based on an approximate maximum likelihood (ML) approach and compatible with this pilot scheme is also provided. The thesis concludes by delving into the expanded applications of AFDM, specifically in integrated sensing and communication (ISAC) and extremely high frequency (EHF) band communications. It is demonstrated that to identify all delay and Doppler components linked with the propagation medium, one can use either the full AFDM signal or only its pilot part consisting of one DAFT domain symbol and its guard interval. Furthermore, the chirp nature of AFDM allows for unique and simple self-interference cancellation with a single pilot, eliminating the need for costly full-duplex methods. The thesis also highlights AFDM's efficient performance in high-frequency bands (with or without mobility), where the maximal spreading of its signal in time and frequency ensures a coverage gain. Unlike other waveforms, AFDM not only provides maximal time-frequency spreading but also ensures robust and efficient detection, characterized by one-tap equalization and resilience to carrier frequency offset (CFO) and phase noise

Tesi sul tema "5G (téléphonie mobile) – Cartes"

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