Дисертації: "5G (téléphonie mobile)"

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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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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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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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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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Taghavian, Masoud. "VNF placement in 5G Networks using AI/ML." Electronic Thesis or Diss., Ecole nationale supérieure Mines-Télécom Atlantique Bretagne Pays de la Loire, 2024. http://www.theses.fr/2024IMTA0421.

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La transition inévitable des dispositifs matériels physiques vers des modules logiciels légers et réutilisables dans le cadre de la virtualisation des fonctions de réseau (NFV) offre d’innombrables possibilités tout en présentant plusieurs défis sans précédent. La satisfaction des attentes de la NFV dans les réseaux post-5G dépend fortement du placement efficace des services de réseau.L’allocation dynamique des ressources physiques pour les demandes de services en ligne exigeant des ressources hétérogènes selon des exigences de qualité de service spécifiques représente l’une des étapes les plus importantes de la conception NFV et un problème NP-Hard à résoudre. Cette complexité est rencontrée dans divers cas d’utilisation 5G NFV, qui sont liés au placement, à partir de VNF Forwarding-Graphs et Network Slicing, à la virtualisation du réseau central, CDN, IoT, etc., examinant de nombreux objectifs dans la littérature, allant des optimisations multi-objectifs basées sur les ressources à la consommation d’énergie, le coût des revenus, l’acceptation du service, la résilience, la disponibilité, la sécurité,etc. Dans cette thèse, nous nous intéressons au placement des services de réseau virtuel sur le réseau en essayant de maximiser le nombre de services acceptés en tenant compte de leurs exigences de qualité de service. Bien que le problème de placement des VNF soit étudié depuis de nombreuses années, le besoin d’une approche permettant de trouver un juste compromis entre l’optimalité et la scalabilité existe toujours. Dans cette thèse, nous étudions plusieurs problèmes et défis dans le placement de services en réseau et proposons des solutions AL/ML en conséquence
The inevitable transition from physical hardware devices towards lightweight reusable software modules in Network Function Virtualization (NFV) introduces countless opportunities while presenting several unprecedented challenges. Satisfying NFV expectations in post-5G networks heavily depends on the efficient placement of network services. Dynamic allocation of physical resources for online service requests demanding heterogeneous resources under specific QoS requirements represents one of the most important steps in NFV design, and a NP-Hard problem to solve. This complexity is encountered in various 5G NFV use-cases, which are related to the placement, from VNF Forwarding-Graphs and Network Slicing, to the virtualization of the Core Network, CDN, IoT, etc., investigating numerous objectives in the literature, ranging from resources-based multi-objective optimizations to the energy consumption, cost of revenue, service acceptance, resiliency, availability, security, etc. In this thesis, we are interested in placing the virtual network services over the network by trying to maximize the number of accepted services considering their QoS requirements. Although the VNF placement problem has been studied for many years, the need for an approach that could find a fair compromise between optimality and scalability still exists. In this thesis, we study several problems and challenges in network service placement and propose AL/ML solutions accordingly

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Ferrer, Pierre. "Contribution à l'étude et à la réalisation d'un frontal radiofréquence à base de séquences de Walsh pour le standard 5G et au delà." Electronic Thesis or Diss., Bordeaux, 2024. http://www.theses.fr/2024BORD0442.

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Les services de télécommunications mobiles ont besoin d’une augmentation continue et exponentielle de leurs capacités. Pour répondre à cette demande, les émetteurs-récepteurs doivent être hautement numériques et flexibles. Une solution prometteuse pour atteindre cet objectif est d'utiliser les séquences de Walsh pour générer des signaux arbitraires. On se base sur le principe d'un émetteur "radio logicielle" comprenant un DAC haut débit à haute résolution. Ainsi, l'architecture étudiée consiste en un DAC très large bande (0 à 6 GHz) très efficace pour une amplification RF directe avec pour cible les applications 5G dites de phase 1 et une mise en forme du signal à base de Transformée de Hilbert pour une montée en fréquences millimétriques (au delà de 20GHz) sans recourir à des techniques de filtrage complexes avec pour cible les applications 5G dites de phase 2 ou 6G. L'objectif de ces travaux est de proposer une nouvelle topologie d'émetteur qui répond à des problématiques telles que: la conversion massive de données (très haut débit), l'agrégation de porteuses et la linéarisation dynamique d’un frontal RF. Le candidat devra faire la démonstration de l'architecture proposée en utilisant la technologie 28nm FDSOI de ST Microelectronics. Le travail comportera des simulations haut niveau (MatLab), un dimensionnement de l'architecture, des simulations schematiques, des dessins de masques, une fabrication du circuit, une conception d'un environnement de mesures adéquat et des mesures exhaustives
Mobile telecommunications services require a continuous and exponential increase of their capacities. To meet this demand, transceivers must be highly digital and flexible. A promising solution to achieve this goal is to use Walsh sequences to generate arbitrary waveforms. This is based on the principle of a "software defined radio" transmitter comprising a high-speed, high-resolution DAC. Thus, the studied architecture consists of a very wide band DAC (0 to 6 GHz) very efficient for a direct RF amplification with 5G phase 1 applications as target and a Hilbert Transform based signal shaping for a millimetric frequency upconversion (beyond 20GHz) without resorting to complex filtering techniques with 5G phase 2 or 6G applications as target. The objective of this work is to propose a new transmitter topology that responds to issues such as: massive data conversion (very high throughput), carrier aggregation and dynamic linearization of an RF front end. The candidate will demonstrate the proposed architecture using ST Microelectronics 28nm FDSOI technology. The work will include high level simulations (MatLab), architecture sizing, schematic simulations, mask designs, circuit fabrication, design of a suitable measurement environment and comprehensive measurements

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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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Djaidja, Taki Eddine Toufik. "Advancing the Security of 5G and Beyond Vehicular Networks through AI/DL." Electronic Thesis or Diss., Bourgogne Franche-Comté, 2024. http://www.theses.fr/2024UBFCK009.

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L'émergence des réseaux de cinquième génération (5G) et des réseaux véhiculaire (V2X) a ouvert une ère de connectivité et de services associés sans précédent. Ces réseaux permettent des interactions fluides entre les véhicules, l'infrastructure, et bien plus encore, en fournissant une gamme de services à travers des tranches de réseau (slices), chacune adaptée aux besoins spécifiques de ceux-ci. Les générations futures sont même censées apporter de nouvelles avancées à ces réseaux. Cependant, ce progrès remarquable les expose à une multitude de menaces en matière de cybersécurité, dont bon nombre sont difficiles à détecter et à atténuer efficacement avec les contre mesures actuelles. Cela souligne la nécessité de mettre en oeuvre de nouveaux mécanismes avancés de détection d'intrusion pour garantir l'intégrité, la confidentialité et la disponibilité des données et des services.Un domaine suscitant un intérêt croissant à la fois dans le monde universitaire qu'industriel est l'Intelligence Artificielle (IA), en particulier son application pour faire face aux menaces en cybersécurité. Notamment, les réseaux neuronaux (RN) ont montré des promesses dans ce contexte, même si les solutions basées sur l'IA sont accompagnées de défis majeurs.Ces défis peuvent être résumés comme des préoccupations concernant l'efficacité et l'efficience. Le premier concerne le besoin des Systèmes de Détection d'Intrusions (SDI) de détecter avec précision les menaces, tandis que le second implique d'atteindre l'efficacité en termes de temps et la détection précoce des menaces.Cette thèse représente l'aboutissement de nos recherches sur l'investigation des défis susmentionnés des SDI basés sur l'IA pour les systemes 5G en général et en particulier 5G-V2X. Nous avons entamé notre recherche en réalisant une revue de la littérature existante. Tout au long de cette thèse, nous explorons l'utilisation des systèmes d'inférence floue (SIF) et des RN, en mettant particulièrement l'accent sur cette derniere technique. Nous avons utilisé des techniques de pointe en apprentissage, notamment l'apprentissage profond (AP), en intégrant des réseaux neuronaux récurrents et des mécanismes d'attention. Ces techniques sont utilisées de manière innovante pour réaliser des progrès significatifs dans la résolution des préoccupations liées à l'amélioration de l'efficacité et de l'efficience des SDI. De plus, nos recherches explorent des défis supplémentaires liés à la confidentialité des données lors de l'utilisation des SDIs basés sur l'AP. Nous y parvenons en exploitant les algorithmes d'apprentissage fédéré (AF) les plus récents
The emergence of Fifth Generation (5G) and Vehicle-to-Everything (V2X) networks has ushered in an era of unparalleled connectivity and associated services. These networks facilitate seamless interactions among vehicles, infrastructure, and more, providing a range of services through network slices, each tailored to specific requirements. Future generations are even expected to bring further advancements to these networks. However, this remarkable progress also exposes them to a myriad of security threats, many of which current measures struggle to detect and mitigate effectively. This underscores the need for advanced intrusion detection mechanisms to ensure the integrity, confidentiality, and availability of data and services.One area of increasing interest in both academia and industry spheres is Artificial Intelligence (AI), particularly its application in addressing cybersecurity threats. Notably, neural networks (NNs) have demonstrated promise in this context, although AI-based solutions do come with inherent challenges. These challenges can be summarized as concerns about effectiveness and efficiency. The former pertains to the need for Intrusion Detection Systems (IDSs) to accurately detect threats, while the latter involves achieving time efficiency and early threat detection.This dissertation represents the culmination of our research findings on investigating the aforementioned challenges of AI-based IDSs in 5G systems in general and 5G-V2X in particular. We initiated our investigation by conducting a comprehensive review of the existing literature. Throughout this thesis, we explore the utilization of Fuzzy Inference Systems (FISs) and NNs, with a specific emphasis on the latter. We leveraged state-of-the-art NN learning, referred to as Deep Learning (DL), including the incorporation of recurrent neural networks and attention mechanisms. These techniques are innovatively harnessed to making significant progress in addressing the concerns of enhancing the effectiveness and efficiency of IDSs. Moreover, our research delves into additional challenges related to data privacy when employing DL-based IDSs. We achieve this by leveraging and experimenting state-of-the-art federated learning (FL) algorithms

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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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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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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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Letailleur, Lucas. "Éléments d'architecture d'émetteur linéarisé en technologie GaN pour des applications 5G millimétrique." Electronic Thesis or Diss., Université Gustave Eiffel, 2023. http://www.theses.fr/2023UEFL2073.

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Les travaux de cette thèse se situent dans le cadre des architectures et circuits dédiés aux systèmes de communications 5G FR2-1. Ces systèmes opèrent en bandes millimétriques et utilisent des techniques Massive Multiple Input Multiple Output (MIMO). Un amplificateur de puissance (PA) de la société Macom en technologie nitrure de gallium (GaN) est caractérisé et modélisé. Les résultats montrent que le PA ne respecte pas les contraintes du standard 5G FR2-1. Une prédistorsion numérique (DPD) et une prédistorsion analogique (APD) sont alors étudiées et comparées. Les résultats montrent que la DPD a de meilleures performances de linéarisation que l'APD mais ne permet pas de linéariser des largeurs de bande supérieure à 100 MHz. L'APD, quant à elle, permet de linéariser des largeurs de bande jusque 400 MHz sur l'ensemble de la bande de fréquences n258. Les deux techniques de linéarisation permettent au PA de respecter les contraintes de la norme. L'utilisation du massive MIMO, impose de revoir les architectures conventionnelles d'émission. De ce fait, nous proposons une nouvelle approche permettant de dimensionner l'architecture dans un compromis puissance d'émission, consommation et linéarité de l'architecture d'émission. Pour la formation de faisceaux, une matrice de Butler, utilisant le même substrat que le PA, est conçue et une nouvelle architecture est proposée. Elle utilise un unique amplificateur de puissance, et un réseau de commutateurs et de matrices de Butler co-conçus, et permet d'alimenter 32 éléments rayonnants. Finalement, une analyse comparative d'amplificateurs faible bruit en technologie GaN et arséniure de gallium (GaAs) est présentée et un facteur de mérite est proposé. L'étude démontre qu'il est possible d'utiliser la même technologie pour l'ensemble des éléments du front-end
This thesis focuses on architectures and circuits for 5G FR2-1 communication systems. These systems operate in millimeter waves and use massive Multiple Input Multiple Output (MIMO) techniques. A gallium nitride (GaN) power amplifier (PA) from Macom is characterized and modelled. The results show that the PA do not meet the requierements of the 5G FR2-1 standard. A digital predistorsion (DPD) and an analog predistortion (APD) are therefore investigated and compared. DPD offers better linearization performance than the APD, but cannot linearize bandwiths grater than 100 MHz. The APD, on the other hand, allows to linearized a signal with a bandwidth up to 400 MHz on the n258 frequency band, and can be co-integrated with the PA. Both linearization techniques enable the amplifier to meet the requirements of 5G FR2-1 standard. The use of massive MIMO suggests that conventional architectures need to be reviewed. Consequently, a new approach for sizing the critical elements of the emission architectures is proposed. The main objective is to find the most suitable trade-off between the emitted power, linearity and the consumption of the overall architecture. For beamforming, a Butler matrix, using the same substrate as the power amplifier, is designed, and a new architecture is investigate. The architecture uses a co-design of a single power amplifier, a switch and a Butler matrix network, and enables 32 radiating elements to be fed. Finally, a comparative analysis of low-noise amplifiers based on GaN and gallium arsenide (GaAs) is carried out and a figure of merit is proposed. This study shows that it is possible to use the same technology for all front-end elements

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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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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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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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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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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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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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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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Merlhe, Christopher. "Resource allocation in a cell-less context for 5G wireless networks." Electronic Thesis or Diss., Université de Rennes (2023-....), 2024. http://www.theses.fr/2024URENS042.

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L’augmentation significative du nombre d’utilisateurs ayant des besoins toujours croissants, l’émergence de nouveaux services et de nouvelles applications ont amené les réseaux mobiles à évoluer. Les travaux de cette thèse ont pour objectif de répondre à ces enjeux. La première partie de cette thèse s’intéresse particulièrement à l’allocation des ressources classique et fournit quatre contributions : une analyse de la diversité multi-utilisateur, deux nouvelles solutions d’ordonnancement et une nouvelle solution de routage. Les résultats de ces travaux montrent que ces contributions apportent des solutions pour répondre aux enjeux des réseaux mobiles 5G de demain en augmentant par exemple l’efficacité spectrale et l’efficacité énergétique, la qualité de service tout en réduisant le délai global des utilisateurs. Fort de ces résultats et des analyses qui en découlent, la deuxième partie de cette thèse se concentre sur l’allocation des ressources dans un contexte "Cell-less". Cette approche innovante permet notamment d’avoir une prise de décision de manière logiquement centralisée. Cela sied tout particulièrement à la gestion des interférences inter-cellulaires, où deux nouvelles solutions sont présentées dans cette thèse. Les résultats montrent une augmentation de l’efficacité spectrale et une réduction du délai des utilisateurs, particulièrement pour ceux en bordure de cellule. De plus, les résultats obtenus via l’approche "Cell-less" sont accrus grâce à l’utilisation du Joint-Transmission Coordinated MultiPoint
The significant increase of the number of users with ever-growing needs, the emergence of new services and new applications have led mobile networks to evolve. The main objective of this thesis is to respond to these challenges. The first part of this thesis focuses on classical resource allocation and provides four contributions: a multi-user diversity analysis, two new scheduling solutions and a new routing solution. The results of this work show that these contributions provide solutions to meet the challenges of tomorrow’s 5G mobile network, by, for instance, increasing spectral and energy efficiencies, increasing the QoS while reducing the user delay. Based on these results and the ensuing analysis, the second part of this thesis focuses on resource allocation in a "Cell-less" context. This innovative approach enables logically centralized decision making. This is particularly efficient for inter-cell interference management, where two new solutions are presented in this thesis. The results show an increase in spectral efficiency and a reduction in user delay, particularly for those located at cell-edges. In addition, the results obtained with the "Cell-less" approach are enhanced by the use of Joint-Transmission Coordinated MultiPoint

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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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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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Touhami, Abdellah. "Optimisation multi-objectif d'antennes superdirectives compactes à balayage de faisceau pour des passerelles domestiques 5G sans fil." Electronic Thesis or Diss., Université de Rennes (2023-....), 2024. http://www.theses.fr/2024URENS002.

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L’évolution des standards de communication impose le besoin des architectures antennaires plus sophistiqués associés à des techniques de diversité d’antennes et de formation de faisceaux. Ce type d’antennes offre des nouvelles possibilités pour les applications sans fil en termes d’efficacité spectrale, de fiabilité des liens radio, de réduction de l’impact environnementale ainsi que l’accroissement des capacités des systèmes de communications. Cependant, les techniques conventionnelles de formation de faisceaux entraînent souvent une augmentation significative de la taille de l’antenne. Par conséquent, l’intégration de tel système dans des petits appareils sans fil est relativement limitée. Les réseaux d’antennes compactes et superdirectifs constituent une solution innovante et attrayante pour surmonter ces problèmes. Néanmoins, ils présentent nombreux inconvénients notamment une faible efficacité de rayonnement, un très faible gain et une bande passante très étroite. Ces inconvénients limitent l'utilité des réseaux superdirectifs pour répondre aux besoins des technologies sans fil de nouvelles générations. Dans cette thèse, nous proposons de nouvelles méthodes d’optimisation multi-objectif, basées sur la théorie des modes caractéristiques (NCM), la théorie du facteur de réseau ainsi que les réseaux de neurones artificiels (RNA) pour la conception et le développement de nouvelles architectures antennaires compactes, superdirectives, efficaces et large bande pour des applications 5G
The evolution of wireless communication impose the need for more sophisticated antenna architectures, combined with antenna diversity and beamforming techniques. This type of antenna offers new possibilities for wireless applications in terms of spectral efficiency, radio link reliability, reduced environmental impact and increased communications system capacity. However, conventional beamforming techniques often lead to a significant increase in antenna size. As a result, the integration of such systems into small wireless devices is relatively limited. Compact, superdirective antenna arrays offer an innovative and attractive solution for both beamforming needs and integration in small volumes. However, they exhibits multiple drawbacks, including low radiation efficiency, low gain and narrow bandwidth. These drawbacks limit the usefulness of superdirective arrays to meet the needs of new-generation wireless technologies. In this thesis, we propose new multi-objectives optimization methods, based on network characteristic mode theory (NCM), array factor theory as well as artificial neural networks (ANN), for the design and the development of new compact, superdirective, efficient and wideband antenna architectures for 5G applications

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Ghnaya, Imed. "Résilience de la perception collective et augmentée des véhicules autonomes connectés par les C-ITS." Electronic Thesis or Diss., Bordeaux, 2024. http://www.theses.fr/2024BORD0068.

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Les Systèmes de Transport Intelligents Coopératifs (C-ITS) représentent une approche avancée dans le transport moderne. Ces systèmes exploitent les technologies de communication, telles que ETSI ITS-G5 et Cellular Vehicle-to-Everything (C-V2X), pour améliorer la sécurité routière et le flux de trafic. Au cœur des C-ITS se trouve le concept de perception coopérative, une caractéristique transformatrice qui permet aux Véhicules Coopératifs et Autonomes (CAVs) et aux unités d'infrastructure routière de partager et d'analyser collectivement les données de divers capteurs, y compris les caméras, le lidar et le radar. Cette coopération est facilitée par l'échange de Messages de Perception Coopérative (CPM), qui fournissent une description des objets routiers détectés, via des réseaux de communication. L'objectif principal est d'améliorer la conscience environnementale des CAVs, en particulier dans des scénarios complexes comme les conditions d’obstructions. Cependant, plusieurs défis surviennent avec l'augmentation du volume de données généré par les CAVs et les capteurs d'infrastructure. Ces défis incluent mais ne se limitent pas à :- Surcharge de Données dans les Réseaux de Communication : Le volume croissant de données générées par les capteurs embarqués conduit à des réseaux de communication congestionnés. Cette congestion peut retarder ou empêcher la transmission d'informations cruciales dans les CPMs, empêchant les CAVs de recevoir des informations pertinentes, qui peuvent être essentielles pour une navigation sûre et une opération efficace.- Méthodes Inefficaces de Contrôle de la Congestion et d'Allocation des Ressources : Les méthodes actuelles du contrôle de la congestion et d'allocation des ressources peuvent ne pas gérer efficacement le volume élevé de trafic de données dans les réseaux C-ITS. Ces méthodes échouent souvent à considérer la criticité de certains scénarios contextuels de données qui peuvent conduire à une utilisation sous-optimale des ressources réseau. Cette inefficacité peut entraîner que les informations de perception soient dépriorisées ou perdues, affectant davantage la capacité des CAVs à percevoir et répondre précisément à leurs environnements de conduite.Cette thèse, intitulée « Résilience de la Perception Coopérative et Augmentée des Véhicules Autonomes Connectés par C-ITS », se concentre sur les défis d'amélioration de la résilience et de la qualité des systèmes de perception coopérative et augmentée des CAVs. Elle propose des mécanismes robustes pour aborder les problèmes clés à travers deux contributions principales. La première, intitulée « Stratégies de Perception Coopérative et Augmentée Intelligentes pour les CAVs à travers des Techniques d'Apprentissage par Renforcement », se concentre sur le développement de stratégies intelligentes utilisant l'apprentissage par renforcement pour optimiser la perception coopérative des CAVs. Les méthodes proposées dans le cadre de cette contribution permettent aux CAVs d’adapter continuellement leur partage de données à l’état actuelle de l’environnement, améliorant ainsi la sécurité et l'efficacité dans diverses conditions de conduite. La deuxième contribution, « Allocation de Ressources Adaptative pour une Perception Coopérative et Augmentée Optimisée des CAVs », aborde la gestion des ressources dans les systèmes C-ITS. Elle propose une allocation adaptative des ressources de communication dans le réseau ITS-G5, optimisant l'échange d'informations entre les CAVs et l'infrastructure routière. Cette approche vise à réduire la congestion du canna et assurer une perception environnementale fiable et en temps réel pour les CAVs, contribuant ainsi à la résilience et à la qualité améliorées des systèmes de perception coopérative et augmentée
Cooperative Intelligent Transport Systems (C-ITS) represent an advanced approach in modern transportation. They leverage communication technologies, such as ETSI ITS-G5 and Cellular Vehicle-to-Everything (C-V2X), to enhance road safety and traffic flow. Central to C-ITS is the concept of cooperative perception, a transformative feature that enables Cooperative and Autonomous Vehicles (CAVs) and roadside infrastructure units to share and collectively analyze data from various sensors, including cameras, lidar, and radar. This cooperation is facilitated through the exchange of Cooperative Perception Messages (CPM), which provide a high-level description of detected road objects, via communication networks. The primary objective is to enhance the environmental awareness of CAVs, especially in complex scenarios like non-line-of-sight conditions. However, several challenges arise with the increasing volume of data generated by CAVs and infrastructure sensors. These challenges includes but not limited to:- Data Overloads in Communication Networks: The growing volume of data generated by onboard sensors leads to congested communication networks. This congestion can delay or prevent the transmission of crucial information in CPMs, impairing CAVs’ from receiving timely and relevant information, which may be essential for safe navigation and efficient operation.- Inefficient Congestion Control and Resource Allocation Methods: Current methods may not effectively manage the high volume of data traffic in C-ITS networks. They often fail to consider the criticality of certain data contextual scenarios that can lead to suboptimal utilization of network resources. This inefficiency can result in perception information being deprioritized or lost, further affecting the CAVs ability to accurately perceive and respond to their driving environments.This thesis, titled « Resilience of Cooperative and Augmented Perception of Autonomous Vehicles Connected by C-ITS, » focuses on the challenges of improving the resilience and quality of cooperative and augmented perception systems for CAVs. It proposes robust mechanisms to address key issues through two main contributions. The first, titled « Intelligent Cooperative and Augmented Perception Strategies for CAVs through Reinforcement Learning Techniques, » focuses on the development of intelligent strategies using reinforcement learning to optimize the cooperative perception of CAVs. These strategies allow CAVs to continuously adapt their data sharing to the current state of the environment, thus improving safety and efficiency in various driving conditions. The second contribution, « Adaptive Resource Allocation for Optimized Cooperative and Augmented Perception of CAVs, » addresses resource management in C-ITS systems. It proposes an adaptive allocation of communication resources in the ITS-G5 network, optimizing the exchange of information between CAVs and roadside infrastructure. These methods aim to reduce channel congestion and ensure reliable and real-time perception for CAVs, thus contributing to the improved resilience and quality of cooperative and augmented perception systems

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Perera, Jayasuriya Kuranage Menuka. "AI-driven Zero-Touch solutions for resource management in cloud-native 5G networks." Electronic Thesis or Diss., Ecole nationale supérieure Mines-Télécom Atlantique Bretagne Pays de la Loire, 2024. http://www.theses.fr/2024IMTA0427.

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Le déploiement des réseaux 5G a introduit des architectures cloud-native et des systèmes de gestion automatisés, offrant aux fournisseurs de services de communication une infrastructure évolutive, flexible et agile. Ces avancées permettent une allocation dynamique des ressources, augmentant celles-ci en période de forte demande et les réduisant en période de faible utilisation, optimisant ainsi les CapEx et OpEx. Cependant, une observabilité limitée et une caractérisation insuffisante des charges de travail entravent la gestion des ressources. Une surprovisionnement pendant les périodes creuses augmente lescoûts, tandis qu’un sous-provisionnement dégrade la QoS lors des pics de demande. Malgré les solutions existantes dans l’industrie, le compromis entre efficacité des coûts et optimisation de la QoS reste difficile. Cette thèse aborde ces défis en proposant des solutions d’autoscaling proactives pour les fonctions réseau dans un environnement cloud native 5G. Elle se concentre sur la prévision précise de l’utilisation des ressources, l’identification des opérations de changement d’échelle à mettre en oeuvre, et l’optimisation des instants auxquels opérer ces ajustements pour préserver l’équilibre entre coût et QoS. De plus, une approche novatrice permet de tenir compte de façon efficace du throttling de la CPU. Le cadre développé assure une allocation efficace des ressources, réduisant les coûts opérationnels tout en maintenant une QoS élevée. Ces contributions établissent une base pour des opérations réseau 5G durables et efficaces et proposent une base pour les futures architectures cloud-native
The deployment of 5G networks has introduced cloud-native architectures and automated management systems, offering communication service providers scalable, flexible, and agile infrastructure. These advancements enable dynamic resource allocation, scaling resources up during high demand and down during low usage, optimizing CapEx and OpEx. However, limited observability and poor workload characterization hinder resource management. Overprovisioning during off-peak periods raises costs, while underprovisioning during peak demand degrades QoS. Despite industry solutions, the trade-off between cost efficiency and QoS remains unresolved. This thesis addresses these challenges by proposing proactive autoscaling solutions for network functions in cloud-native 5G. It focuses on accurately forecasting resource usage, intelligently differentiating scaling events (scaling up, down, or none), and optimizing timing to achieve a balance between cost and QoS. Additionally, CPU throttling, a significant barrier to this balance, is mitigated through a novel approach. The developed framework ensures efficient resource allocation, reducing operational costs while maintaining high QoS. These contributions establish a foundation for sustainable and efficient 5G network operations, setting a benchmark for future cloud-native architectures

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De, Oliveira Cabral Junior Alessandro. "Conception et démonstration d'antennes de type réseau transmetteur à blayage électronique de faisceau pour les applications télécom à haut débit." Electronic Thesis or Diss., Université de Toulouse (2023-....), 2024. http://www.theses.fr/2024TLSEP115.

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Dans le domaine des télécommunications de nouvelle génération, le développement rapide des protocoles de communication en bande millimétrique et la diversification des réseaux terrestres et non terrestres, tels que les constellations de satellites en orbite basse (LEO), sont remarquables. La transition vers ces bandes de fréquences élevées est essentielle en raison de la saturation des bandes plus basses. Cependant, les signaux à ces fréquences subissent des pertes importantes dues à la propagation et à l'absorption atmosphérique, augmentant ainsi les coûts des systèmes antennaires nécessaires pour compenser ces pertes. Un système de balayage électronique du faisceau est également requis pour réduire les interférences, en focalisant les faisceaux sur chaque utilisateur. Dans ce contexte, les antennes de type réseau transmetteur (Transmit-Array, TA) émergent comme une solution prometteuse. Contrairement aux réseaux phasés traditionnels, elles ne nécessitent pas de réseau de formation de faisceau, réduisant ainsi les pertes, la complexité de conception et les coûts. Ces antennes, également appelées "lentilles discrètes", se composent de cellules unitaires périodiquement disposées qui déphasent localement le champ incident pour former et balayer le faisceau mécaniquement ou bien électroniquement.Cette thèse se concentre sur le développement des TAs à faisceaux reconfigurables pour les télécommunications en bande millimétrique. En intégrant des composants actifs tels que les diodes PIN, nous démontrons la capacité du réseau à contrôler électroniquement le gradient de phase sur son ouverture, permettant ainsi la formation et le balayage 2D variable du faisceau sur une large angle d’ouverture. Par ailleurs, cette thèse vise à concevoir des cellules unitaires reconfigurables qui assurent également une conversion de polarisation linéaire vers circulaire (PL-PC) avec une large bande passante et un faible taux d’ellipticité.Dans un premier temps, nous avons proposé et validé expérimentalement deux réseaux passifs en bande X et Ka, en introduisant un concept de cellule unitaire qui réalise une conversion PL-PC à large bande et avec de faibles pertes d’insertion. Cette cellule a démontré une transmission très efficace et des performances supérieures à l'état de l'art en termes de bande passante, de gain et de taux d’ellipticité. Nous avons réalisé deux TAs : un premier en bande X comportant 20×20 cellules et un deuxième en bande Ka composé de 70×70 cellules à très fort gain et très bonne efficacité d’ouverture.Suite aux performances prometteuses du concept passif, nous avons développé une configuration active dite reconfigurable. En intégrant une paire de diodes PIN, nous avons réalisé une commutation de phase 1-bit contrôlable électroniquement. L’étude a porté sur l'implantation des composants actifs, leur modélisation, l'intégration du réseau de polarisation des diodes à la cellule unitaire, et leur contrôle pour générer une loi de phase imposée par un cahier des charges. La cellule a été développée en bande X pour valider le concept, puis en bande Ka pour démontrer la faisabilité et les performances du concept en bande millimétrique pour les applications de cinquième génération (5G). Un réseau 14×14 cellules a été fabriqué en bande X (validation du concept), tandis qu’en bande Ka un réseau 20×20 cellules a été réalisé, centré à 27.5 GHz.Nous avons mis au point un système électronique utilisant un microcontrôleur et des cartes de multiplexage pour le contrôle dynamique de la polarisation des diodes lors des mesures. Nous avons prouvé la possibilité de réaliser un balayage électronique 2D entre ±60°, avec des taux d’ellipticité inférieurs à 2 dB. Ce concept s’avère prometteur pour des applications de type SatCom, avec un potentiel pour les stations au sol communiquant avec les constellations de satellites en orbite LEO, ainsi que pour des applications radar et le « backhauling » dans les réseaux hétérogènes 5G
In the field of next-generation telecommunications, the rapid development of millimeter-wave communication protocols and the diversification of terrestrial and non-terrestrial networks, such as low Earth orbit (LEO) satellite constellations are remarkable. The transition to these high-frequency bands is essential due to the saturation of lower frequency bands. However, signals at these frequencies experience significant losses due to propagation and atmospheric absorption, thereby increasing the costs of antenna systems needed to compensate for these losses. A beam scanning system is also required to reduce interference by focusing the beams on each user and minimizing radiation toward neighboring links.In this context, Transmit-Array (TA) antennas emerge as a promising solution. Unlike traditional phased arrays, they do not require a beam-forming network, thus reducing losses, design complexity, and costs. These antennas, also known as "discrete lenses," consist of unit cells periodically arranged that locally phase-shift the incident field to form and scan the beam mechanically or electronicallyThis thesis focuses on the development of reconfigurable beam Transmit-Array antennas for millimeter-wave telecommunications. By integrating active components such as PIN diodes, we demonstrate the network's ability to control electronically the phase gradient across its aperture, thereby enabling variable beam formation and scanning over a wide-angle range. Additionally, this thesis aims to design reconfigurable unit cells that also achieve linear-to-circular polarization (LP-CP) conversion with wide bandwidth and low ellipticity.Initially, we proposed and experimentally validated two passive networks in the X and Ka bands by introducing a unit cell concept that achieves wideband LP-CP conversion with low insertion loss. This cell demonstrated highly efficient transmission and superior performance in terms of bandwidth, gain, and ellipticity compared to the state of the art. We developed two Transmit-Array prototypes: the first one in the X band with 20×20 cells, whereas, the second one in the Ka band with 70×70 cells, featuring high gain and aperture efficiency.Following the promising performances of the passive concept, we developed an active or reconfigurable configuration. By integrating a pair of PIN diodes on each unit cell, we achieved electronically controllable 1-bit phase switching. The study focused on the implementation of components, their modeling, and the integration of the diode biasing network into the unit cell and their real time control. The cell was developed in the X band to validate the concept, and then in the Ka band to demonstrate the feasibility and performance of the concept in the millimeter-wave band for fifth-generation (5G) applications. A 14×14 cell array was fabricated in the X band, while a 20×20 cell array was realized in the Ka band, centered at 27.5 GHz.We developed an electronic system using a microcontroller and multiplexing boards for the dynamic control of diode polarization during measurements. We demonstrated the capability to achieve 2D electronic beam scanning between ±60°, with ellipticity levels below 2 dB. This concept proves promising for SatCom applications, with potential for ground stations communicating with LEO satellite constellations, as well as for radar applications and backhauling in heterogeneous 5G networks

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Lecocq, Tristan. "Conception d'amplificateurs de puissance en technologie 130nm CMOS SOI et 28nm FD SOI pour des applications 5G NB-IoT." Electronic Thesis or Diss., Bordeaux, 2023. http://www.theses.fr/2023BORD0499.

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Le développement de la 5G ouvre de nouvelles possibilités pour des applications liées à l'Internet des objets. Dans l'objectif de multiplier la densité d'objets connectés, le développement de nouveaux protocoles de communication est nécessaire. Ainsi, ce nouveau standard, le NB-IoT, impose de concevoir des émetteurs-récepteurs à faible coût pour un déploiement à grande échelle. L'utilisation de technologies CMOS SOI est idéale pour une telle application, car elles sont plus performantes que les technologies CMOS pour un coût similaire. La conception de PAs en technologie CMOS SOI reste cependant un défi en raison des fortes puissances de sortie requises. De plus, les applications IoT nécessitent la conception de PAs à fort rendement, ce qui dégrade la linéarité de l'amplificateur. Enfin, les bandes NB-IoT étant réparties sur tout le spectre des fréquences sub-6 GHz, un amplificateur large bande est préférable.Pour répondre à ces contraintes, les travaux de thèse réalisés sont orientés sur la conception de PAs à forte puissance et haut rendement en technologie CMOS SOI avec une approche large bande. Deux technologies sont étudiées, la 28nm FDSOI et la 130nm PDSOI, afin de cibler les forces et limitations de chacune d'elles pour une application NB-IoT. Quatre amplificateurs de puissance et un circuit co-intégré sont présentés au cours du manuscrit. Dans un premier temps, deux amplificateurs en 28nm FDSOI sont détaillés, dont un PA Doherty à base de coupleurs hybrides sur charge capacitive avec amélioration de l'OCP1 par polarisation adaptative reconfigurable. Ensuite, un amplificateur de puissance pseudo-différentiel à transformateurs large bande suivi d'un amplificateur de type balun-actif ultra-large bande (50MHz - 2,3GHz) en 130nm PDSOI sont présentés. Pour finir, la co-intégration du PA pseudo-différentiel avec un commutateur d'antenne et l'étude de la faisabilité d'un tel circuit pour une application NB-IoT sont discutées
The development of 5G opens up new possibilities for applications related to the Internet of Things. With the objective of increasing the density of connected objects, the development of new communication protocols is necessary. This new standard, NB-IoT, requires the design of low-cost transceivers for large-scale deployment. The use of CMOS SOI technologies is ideal for such an application, as they offer higher performance than CMOS technologies at a similar cost. However, the design of PAs in SOI CMOS technology remains a challenge due to the high output power required. In addition, IoT applications require the design of high-efficiency PAs, which degrade amplifier linearity. Finally, as the NB-IoT bands are spread over the entire sub-6 GHz frequency spectrum, a broadband amplifier is preferable.To address these constraints, the thesis work focuses on the design of high-power, high-efficiency PAs in CMOS SOI technology with a broadband approach. Two technologies are investigated, 28nm FDSOI and 130nm PDSOI, in order to identify the strengths and limitations of each for NB-IoT applications. Four power amplifiers and one co-integrated circuit are presented in the scope of the manuscript. First, two 28nm FDSOI amplifiers are detailed, including a PA Doherty based on hybrid couplers on capacitive load with OCP1 enhancement by reconfigurable adaptive bias. Next, a pseudo-differential power amplifier with broadband transformers is presented, followed by an ultra-broadband (50 MHz - 2.3 GHz) active-balun amplifier in 130nm PDSOI. Finally, the co-integration of the pseudo-differential PA with an antenna switch and the feasibility study of such a circuit for an NB-IoT application are discussed

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Paquien, Lucien. "Transmetteur intégré bidirectionnel dédié à la 5G mmW dans un système de formation de faisceaux hybride et numérique." Electronic Thesis or Diss., Bordeaux, 2024. http://www.theses.fr/2024BORD0064.

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La demande croissante en débit pour les télécommunications mobiles a conduit à l’utilisation de systèmes à formation de faisceaux afin de limiter notamment l’impact des pertes de propagation dans l’espace libre (FSPL) sur le bilan de liaison, dues à l’élévation de la fréquence d’opération. Afin de pouvoir orienter un faisceau directif concentrant la majorité du gain du réseau d’antennes en direction d’un utilisateur donné, un nombre important de circuits radiofréquences intégrés (RFFE) est nécessaire.De manière conventionnelle, les RFFE 5G sont généralement constitués d’un amplificateur à faible bruit (LNA), et d’un amplificateur de puissance (PA). Ces derniers sont physiquement dissociés, et alternativement adressés avec un élément commuté, afin de fonctionner en duplexage par répartition dans le temps (TDD). Dans ce cas, non seulement l’élément commuté implique des pertes et un besoin en surface silicium non négligeable, mais aussi les RFFE ne sont utilisés que la moitié du temps (dû au TDD). Aussi, cet important espace silicium requis est ensuite à multiplier par le nombre d’éléments que compose le système à formation de faisceau. De plus, l’espacement entre chaque antenne constituant le réseau d’antennes étant proportionnel à la longueur d’onde, ce dernier pourrait donc fonctionner à des fréquences de fonctionnement plus élevées si les RFFE sont miniaturisés. Dans ce travail, une solution permettant l’élimination du besoin d’un élément commuté, ainsi qu’à la fusion des LNA et PA est proposé, induisant une forte réduction de la surface silicium requise, utilisant la technologie GF 22nm CMOS FD-SOI. Bien que la conception de fonctions millimétriques (mmW) soit abordé, l’aspect conversion de fréquence ainsi que l’étude de fonctions de bande de base sera également discutée, avec notamment la conception d’un mixer passif RF, de deux filtres passe-bas RC actifs reconfigurables d’ordre 2 et 4, d’un amplificateur à gain variable (VGA), d’un bloc analogique tampon 50Ω, d’un commutateur bipolaire à deux directions (DPDT), ainsi qu’une chaine de génération de signaux en quadrature, grâce à l’association d’un coupleur hybride (HCPLR), et d’un oscillateur local (LO) externe hors-puce. Le système complet sera caractérisé pour démontrer l’intérêt de ces structures en termes de performances et de surface silicium requise, et des pistes d’améliorations seront énumérées
The increasing demand for data rate for mobile telecommunications has led to the use of beamforming systems in order to notably limit the impact of free space propagation losses (FSPL) over the link budget, due to the elevation of the operating frequency. In order to be able to direct a directional beam concentrating the majority of the gain of the antenna array towards a given user, a large number of integrated radio frequency front-ends (RFFE) is necessary.Conventionally, 5G RFFEs generally consist of a low noise amplifier (LNA), and a power amplifier (PA). The latter are physically dissociated, and are alternatively addressed using a commuted element, in order to operate in time division duplexing (TDD). In this case, not only does the switched element involve losses and a significant silicon surface requirement, but also the RFFEs are only used half the time (due to TDD). Also, this large silicon area required must then be multiplied by the number of elements that constitutes the beamforming system. In addition, the spacing between each antenna constituting the antenna array being proportional to the wavelength, the latter could therefore reach higher operating frequencies if the RFFEs are miniaturized. In this work, a solution allowing the elimination of the need for a commuted element, as well as the merging of the LNA and PA is proposed, inducing a strong reduction in the silicon surface area required for the same operation that conventional architectures, using the GF 22nm CMOS FD-SOI technology. Although the design of millimeter functions (mmW) will be discussed, the frequency conversion aspect as well as the study of baseband functions will also be covered, including the design of a RF passive mixer, two reconfigurable second- and fourth-order active-RC low-pass filters, a variable gain amplifier (VGA), a 50Ω analog buffer, a double pole double throw (DPDT) switch, as well as a generation chain of quadrature signals, done from the combination of a hybrid coupler (HCPLR), and an external off-chip local oscillator (LO). The complete system will be simulated to demonstrate the relevancy of these structures regarding performances and required silicon surface, and axis for improvement will also be listed

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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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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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Doanis, Pavlos. "A Deep Reinforcement Learning Framework for Scalable Slice Orchestration in Beyond 5G Networks." Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2024. https://accesdistant.sorbonne-universite.fr/login?url=https://theses-intra.sorbonne-universite.fr/2024SORUS100.pdf.

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Cette thèse présente un cadre flexible basé sur l'apprentissage par renforcement des files d'attente pour l'orchestration dynamique des tranches dans les réseaux Beyond 5G, prenant en charge de multiples tranches concurrentes qui couvrent différents domaines technologiques et sont régies par divers accords de niveau de service de bout en bout. Différentes méthodes d'apprentissage par renforcement profond (mono ou multi-agents) sont étudiées pour résoudre les problèmes de complexité d'état et d'action liés à ces problèmes combinatoires, qui rendent l'utilisation d'algorithmes d'apprentissage par renforcement classique impraticable. La performance des schémas proposés est validée par des simulations dans des scénarios de trafic markovien synthétique et de trafic réel
This Thesis introduces a flexible Reinforcement Learning queuing-based framework for dynamic slice orchestration in Beyond 5G networks, supporting multiple concurrent slices that span different technological domains and are governed by diverse end-to-end Service Level Agreements. Different (Deep) Reinforcement Learning methods (single or multi-agent) are investigated to address the state and action complexity hurdles arising in such combinatorial problems, which render the use of "vanilla" Reinforcement Learning algorithms impractical. The performance of the proposed schemes is validated through simulations under both synthetic Markovian traffic and real traffic scenarios

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Tacnet, Anthony. "Development of precursors for DLI-MOCVD based on alkali and niobium : Application to radiofrequency filters in the field of 5G." Electronic Thesis or Diss., Lyon 1, 2024. http://www.theses.fr/2024LYO10196.

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Atteindre le plein potentiel de la 5ème génération de télécommunications mobiles (5G) et la miniaturisation des composants nécessitent de développer et d’améliorer la couche mince piézoélectrique présente dans les filtres acoustiques radiofréquences (RF) à haute fréquence. Ces derniers sont actuellement réalisés à base de nitrure d’aluminium avec une bande passante limitée par un coefficient de couplage électromécanique faible. Les monocristaux de niobates de lithium (LiNbO3) représentent environ 80% des filtres radiofréquences, basés sur les ondes acoustiques de surfaces, mais leur élaboration en couche mince posent des problèmes de cristallinité, d’homogénéité en composition et de stœchiométrie 1:1 parfaitement définie. Actuellement, les couches minces de niobates alcalins sont formées par la technique de Czochralski suivi d’un polissage qui résulte à des couches épaisses avec un contrôle imparfait de l’épaisseur. C’est pourquoi la recherche actuelle sur l’élaboration de couches minces piézoélectriques LiNbO3 et KNbO3 pour des filtres radio-fréquences à haute fréquence est très importante. Le projet ANR LINKS, dans lequel s’intègre ma recherche, consiste à réaliser une industrialisation du procédé Direct Liquid Injection – Chemical Vapor Deposition (DLI-CVD) pour des couches minces de niobates alcalins. La fabrication de ces films de haute qualité à une échelle industrielle présente de nombreuses difficultés au niveau du contrôle du matériau comme cité précédemment. C’est pour cela qu’une approche multidisciplinaire est nécessaire et elle est permise par la présence des différents partenaires spécialisés dans la chimie des précurseurs, l’élaboration des matériaux par DLI-CVD, la micro-fabrication, la caractérisation des propriétés, les dispositifs acoustiques et les guides d’ondes. L’objectif de la thèse est donc la synthèse et la caractérisation de nouveaux précurseurs à base d’alcalin et de niobium pour une utilisation en DLI-CVD. Les précurseurs synthétisés doivent être compatibles avec une croissance à haute température de couches minces et avec une grande homogénéité. On cherche à remplacer des précurseurs commerciaux standards (ex : [Li(thd)]m, . . . ) par des composés homométalliques et/ou des composés hétérométalliques de stœchiométrie 1:1 (entre le métal alcalin et le niobium/tantalum). Les ligands sélectionnés pour la synthèse de ces nouveaux précurseurs sont des aminoalcoxydes et aminoalcoxydes fluorés du fait de leur volatilité compatible avec la DLI-CVD et leur capacité à saturer la sphère de coordination par chélation. Pendant les trois années de la thèse, il a été possible d’obtenir de nombreux précurseurs homométalliques de métaux alcalins ainsi qu’un précurseur hétérométallique Li-Nb. Certaines études n’ont pas permis d’obtenir de nouveaux précurseurs, mais elles sont tout de même décrites dans la thèse. Enfin, les précurseurs obtenus et caractérisés avec des propriétés intéressantes ont été déposés avec succès en utilisant les techniques de CVD et d’ALD, et les dépôts ont été soigneusement caractérisés
Reaching the full potential of 5th generation mobile telecommunications (5G) and component miniaturization requires developing and improving the piezoelectric thin film present in high-frequency radio frequency (RF) acoustic filters. The latter are currently made from aluminum nitride with a bandwidth limited by a low electromechanical coupling coefficient. Mono-crystals of lithium niobates (LiNbO3) represent about 70% of radiofrequency filters, based on surface acoustic waves, but their thin-layer elaboration pose problems of crystallinity, composition homogeneity and 1:1 stoichiometry perfectly defined. Currently, thin layers of alkali niobates are formed by the Czochralski technique followed by polishing which results in thick layers with imperfect thickness control. This is why the current research on the elaboration of LiNbO3, KNbO3 piezoelectric thin films for high frequency radiofrequency filters is of great importance in industrial application. The ANR LINKS project, in which my research is integrated, consists in carrying out an industrialization of the Direct Liquid Injection – Chemical Vapor Deposition (DLI-CVD) process for thin layers of alkaline niobates. The manufacture of these high quality films on an industrial scale presents many difficulties in terms of material control as mentioned above. This is why a multidisciplinary approach is necessary and is made possible by the presence of various partners specialized in the chemistry of precursors, the development of materials by DLI-CVD, micro-fabrication, characterization of properties, acoustic devices and waveguides. The objective of the thesis is therefore the synthesis and characterized of new alkali and niobium based precursors for use in DLI-CVD. The synthesized precursors must be compatible with appropriate temperature growth of thin layers and with high homogeneity and thickness control. The aim is to replace standard commercial precursors (such as : [Li(thd)]m, etc.) with homometallic compounds and/or heterometallic compounds with a 1:1 stoichiometry (between the alkali metal and niobium). The ligands selected for the synthesis of these new precursors are aminoalkoxides and fluorinated aminoalkoxides due to their volatility compatible with DLI-CVD and their ability to saturate the coordination sphere by chelation. During the three years of the thesis, it was possible to obtain numerous homometallic alkali metal precursors as well as a heterometallic Li-Nb precursor. Some studies have not allowed the obtaining of new precursors, but they are still described in the thesis. Finally, the precursors obtained and characterized with interesting properties were successfully deposited using CVD and ALD techniques, and the deposits were thoroughly characterized

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Sayad, Khaled. "Cross-domain Resilience in Cloud-native, Critical Cyber-Physical Systems Networks : Availability Modeling, Analysis, and Optimization of Critical Services Provisioning." Electronic Thesis or Diss., université Paris-Saclay, 2024. http://www.theses.fr/2024UPAST028.

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La résilience des Infrastructures Critiques (ICs) est cruciale pour assurer la sécurité et la stabilité socio-économique dans la société moderne. Ces ICs s'appuient sur un réseau complexe de systèmes cyber-physiques (SCPs) couvrant plusieurs domaines tels que les télécommunications et l'énergie, an de garantir un flux continu de services critiques.L'évolution du mode opérationnel des ICs modernes, illustré par l'intégration accrue des technologies cloud-natif dans les réseaux SCPs sous-jacents, introduit de nouveaux dés en termes de résilience face aux cyber-risques, qui s'ajoute au problème du dimensionnement optimal du réseau des SCPs avec la contrainte des coûts de déploiement qui résultent des schémas de protection géo-redondant. Dans cette thèse, nous attaquons ces dés en premier lieu par le développement d'un modèle d'évaluation de disponibilité avec comme objectif, la quantication de l'efficacité d'adoption des schémas de protection croisée. Ensuite, on présente un modèle d'orchestration optimale des ressources cloud-natifs mutualisées avec l'objectif de minimiser les coûts des schémas de protection. Enfin, nous abordons la problématique de coordination inter-opérateurs d'ICs d'un point de vue "confiance" en proposant une plateforme de partage d'information et de ressource qui exploite la convergence des paradigmes cloud-natif des DataSpaces
The dependability of Critical Infrastructures (CIs) operations is crucial to ensuresecurity and socio-economic stability in modern society. These CIs rely on a complex network of Critical Cyber-Physical Systems (CCPSs), spanning multiple domains such as telecommunication and energy, to guarantee a continuous ow of critical services. The paradigm shift in modern CIs' operational mode, illustrated by the increased integration of cloud-native technologies in the underlying CCPSs networks, brings more challenges in terms of resilience against cyber-risks, and increased deployment costs due to redundancy-based protection schemes. In this dissertation, we tackle these challenges by, first, proposing a model-based, cross-domain dependability evaluation to assess the availability of cloud-native, interdependent critical services and quantify the impact of adopting cross-domain protection mechanisms on critical services' dependability. Secondly, we study the problem of optimal service provisioning based on resource sharing in cloud-native, CCPSs networks with deployment cost and performance constraints. Finally, we tackle the problem of cross-domain coordination from a Trust perspective by proposing an architecture for secure and trustful information and resource sharing that exploits the convergence of cloud-native management and DataSpaces paradigm to ensure secure, trustful, and sovereign coordination

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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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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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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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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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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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Nonet, Olivier. "Conception d’amplificateurs de puissance haut rendement en technologie MMIC pour applications radiocommunication 5G." Electronic Thesis or Diss., Limoges, 2024. http://www.theses.fr/2024LIMO0037.

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Les réseaux modernes de radiocommunication utilisent des signaux modulés complexes à forte eﬃcacité spectrale et oﬀrent des débits de donnés importants avec en contrepartie, des facteurs de crête élevés. Ce dernier paramètre dégrade fortement le rendement moyen des ampliﬁcateurs, la dissipation thermique est de fait augmentée limitant ainsi les perspectives de miniaturisation, de réduction des coûts et de ﬁabilité des ampliﬁcateurs. Ce travail présente la conception d’un ampliﬁcateur de puissance RF >40W en bande L/S miniaturisé. Ce composant a spéciﬁquement été réalisé pour être compatible avec un système d’amélioration de rendement de type suivi d’enveloppe. Pour répondre à ce besoin, une approche de miniaturisation quasi-MMIC en boitier plastique, composée d’une partie active HEMT GaN 0.25µm sur SiC, et de circuits passifs d’adaptation en AsGa (ULRC-20) ont été retenus. Une architecture de suivi d’enveloppe de type multi-phases a ensuite été développée dans le but d’être associée à cet ampliﬁcateur et fonctionner avec des signaux modulés 5G complexes, large-bande à forts niveaux de PAPR (>8dB)
Modern radio communication networks use complex modulated signals with high spectral eﬃciency, oﬀering signiﬁcant data rates. However, this comes at the expense of high peak factors.This latter parameter signiﬁcantly degrades the average eﬃciency of ampliﬁers, leading to increased thermal dissipation, thereby limiting prospects for miniaturization, cost reduction, and reliability of the power ampliﬁer. This work presents the design of an RF power ampliﬁer >40W in the L/S band. This component has been speciﬁcally developed to be compatible with an envelope tracking eﬃciency enhancement system. To meet this requirement, a quasi-MMIC miniaturization approach in a plastic package, comprising a GaN HEMT 0.25µm on SiC active part, and passive adaptation circuits in AsGa (ULRC-20), have been selected. A multi-phase envelope tracking architecture has subsequently been developed to be associated with this ampliﬁer and operate with complex 5G modulated signals, wideband with high PAPR levels (>8dB)

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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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Muhammad, Nuraddeen Ado. "Analysis and design of an innovative 19.5 GHz active phase-shifter architecture, implemented in a 0.13 μm BiCMOS SiGe process, for beamforming in 5G applications". Electronic Thesis or Diss., Poitiers, 2024. http://www.theses.fr/2024POIT2257.

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Pour différentes raisons, la 5G domine actuellement l'actualité technologique. Les capacités de la 5G en termes de largeur de bande et de temps réel constitues un énorme potentiel sociétal en permettant pléthore d'applications nouvelles et inattendues. En effet, la bande de fréquence des ondes millimétriques se caractérise par une largeur de bande disponible qui peut prendre en charge des systèmes sans fil à haut débit pour les futurs systèmes de radiocommunication, y compris les systèmes cellulaires de cinquième génération et au-delà. Les fréquences d'exploitation des ondes millimétriques nécessitent généralement une plus grande ouverture d'antenne pour améliorer le bilan de liaison. Ces antennes se présentent généralement sous la forme de réseaux phasés, permettant la formation de faisceaux. Dans ce contexte, ce travail présente la conception et la mise en œuvre d'un déphaseur actif à 19,5 GHz pour la formation de faisceaux. Le circuit proposé est basé sur une architecture originale utilisant un oscillateur commandé en tension verrouillé par injection (ILVCO en Anglais) associé à un filtre polyphase suivi d'un circuit de sélection de phase et de son signe. La phase souhaitée dans la plage de ± 45° est synthétisée avec le circuit proposé en modifiant la tension de commande Vcntr de l’ILVCO pour un réglage fin et en modifiant les deux signaux de commandes du sélecteur de phase et de signe (S0, S2) pour un réglage grossier, ce qui engendre une variation de phase linéaire de 360°. D'après les résultats de la simulation post-layout, la plage de réglage de la fréquence d’oscillation libre du VCO varie de 17,89 GHz à 20,16 GHz. En outre, avec une puissance injectée de -8,5 dBm et une fréquence de 19,5 GHz, le déphaseur proposé consomme 20,47 mA sous une tension d'alimentation de 1,3 V. De plus, la puissance de sortie moyenne sur 50 Ω est de -15,58 dBm. Le circuit complet a une taille de 1,58 mm2, y compris les pads, et il est intégré sur un process BiCMOS SiGe:C 0,13 μm. Enfin, les résultats obtenus montrent que le déphaseur actif proposé s’avère un candidat potentiel pour les systèmes à réseau phasé utilisés pour la formation de faisceaux dans les applications 5G
For good reasons, 5G dominates technological news. The high-bandwidth and real-time capabilities of 5G have huge societal potential by enabling a plethora of new and unanticipated application cases. Indeed, the millimeter-wave frequency band is characterized by an available bandwidth that can support high-speed wireless systems for future radio communications systems, including 5th Generation cellular systems and beyond. The frequencies of operation at mm-wave generally requires larger antenna aperture to improve the channel budget at useful distances. These antennas are usually in the form of phased arrays, allowing beamforming to be performed. This work presents the design and implementation of a 19.5 GHz active phase shifter for beamforming in 5G applications. The proposed circuit is based on an original architecture using an injection-locked voltage-controlled oscillator (ILVCO) associated with a polyphase filter followed by a phase selection circuit and its sign. The desired phase in the range of ± 45° is synthesised with the proposed circuit by altering the control voltage Vcntr of an ILVCO for fine-tuning and modifying the two control signals of phase and sign selectors (S0, S2) for coarse tuning, resulting in a 360° linear phase variation. According to the post-layout simulation results, the frequency tuning range of the VCO varies from 17.89 GHz to 20.16 GHz in free-running mode. In addition, with an injected power of -8.5 dBm and a frequency of 19.5 GHz, the proposed phase shifter draws 20.47 mA from a 1.3 V supply voltage. Furthermore, the mean output power on 50 Ω load is found to be -15.58 dBm. The whole circuit has a chip size of 1.58 mm2 including the pads and it is integrated in a BiCMOS SiGe:C 0.13 μm process. Finally, the obtained results justify that the proposed active phase shifter is a relevant design for phased-array systems used for beamforming in 5G applications

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