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Thèse Année : 2019

THESE DE DOCTORAT DE CENTRALESUPELEC COMUE UNIVERSITE BRETAGNE LOIRE « Réseau 5G avec Communications Full Duplex et D2D»

THESE DE DOCTORAT DE CENTRALESUPELEC COMUE UNIVERSITE BRETAGNE LOIRE « Full-Duplex Device-to-Device Communication for 5G Network »

Résumé

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 fifth-generation (5G) wireless communication network. In this context, device-to-device (D2D) communication and in-band full-duplex (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 base station (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 self-interference (SI) imposed on the receiver by the node’s own transmitter. Thus, the residual self-interference (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 quality of service (QoS) of the users. The works in this dissertation focus on the power allocation (PA) and channel assignment (CA) of a full-duplex device-to-device (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.
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 niveaux 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.
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Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)
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Dates et versions

tel-02337322 , version 1 (29-10-2019)

Identifiants

  • HAL Id : tel-02337322 , version 1

Citer

Hussein Chour. THESE DE DOCTORAT DE CENTRALESUPELEC COMUE UNIVERSITE BRETAGNE LOIRE « Réseau 5G avec Communications Full Duplex et D2D». Signal and Image processing. CentraleSupélec, 2019. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-02337322⟩
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