Multi-user Interference Mitigation in Visible-Light Communication Networks
Réduction d’Interférences Multi-Utilisateurs dans les Réseaux de Communication par la Lumière Visible
Résumé
Visible light communication (VLC) is a promising technology for providing energy-efficient wireless connectivity in both indoor and outdoor environments, and is regarded as a serious candidate for providing wireless access in beyond-5G networks. When deployed in large spaces, a multi-cell architecture needs to be adopted using multiple luminaires. In addition, efficient solutions should be used to manage the user mobility, as well as the multi-user interference (MUI) when multiple users (or devices) should be connected to the network. There, a simple solution is that of multi-user multiple-input single-output (MU-MISO) with zero-forcing (ZF) pre-coding at the transmitter. However, this scheme can only handle a limited number of users and, furthermore, its performance is very sensitive to the condition number of the network channel matrix. More efficient multiple-access (MA) signalling schemes need to be designed in order to allow serving potentially large numbers of users, while ensuring smooth handovers as well as efficient resource management to mitigate MUI, which has been the subject of this research.In this thesis, firstly, we propose the optimization of the transmitter and the receiver parameters to improve the performance of the ZF pre-coding VLC networks, by decreasing the correlation in the network channel matrix. Following this, and in order to handle a potentially large number of users, we propose novel MA techniques, which allow efficient MUI mitigation and improved network performance. In particular, we propose a hybrid non-orthogonal multiple-access (NOMA)- ZF pre-coding scheme, where ZF pre-coding is used for broadcasting the signals of the cell-edge users with the highest decoding order in the NOMA scheme. On the other hand, for the case of NOMA-based transmission, we propose handling MUI in a dimming-aware manner, through efficient time-scheduling, scaling, and coordination of the transmissions within each cell. Furthermore, we investigate the case of user mobility, and propose new efficient soft handover techniques, which guarantee an improved network throughput and reliability.
La communication par la lumière visible (VLC pour Visible Light Communication) est une technologie prometteuse pour fournir la connectivité sans-fil à grande efficacité énergétique, et est considérée comme un candidat sérieux pour les futurs réseaux de télécommunication au-delà de la 5G. Pour un déploiement dans de grands espaces, une architecture VLC cellulaire doit être adoptée en utilisant plusieurs luminaires. En outre, des solutions efficaces doivent être utilisées pour gérer la mobilité des utilisateurs, ainsi que les interférences multi-utilisateurs (MUI pour Multi-User Interference) lorsque plusieurs utilisateurs (ou dispositifs) doivent être connectés au réseau simultanément. Une solution simple consiste alors à utiliser la technique de pré-codage à forçage de zéro (ZF pour Zero Forcing) à l’émission. Cependant, ce schéma ne peut traiter qu’un nombre limité d’utilisateurs et, de plus, ses performances sont très sensibles au conditionnement de la matrice de canal. Par conséquent, des schémas de transmission d’accès multiples plus efficaces doivent être développés afin de permettre de desservir un nombre potentiellement important d’utilisateurs, tout en garantissant des transferts intercellulaires (handover) fluides, ainsi qu’une gestion efficace des ressources pour réduire les MUI, qui ont fait l’objet de ce travail de thèse.Dans cette thèse, dans un premier temps, nous proposons l’optimisation des paramètres de l’émetteur et du récepteur pour améliorer les performances des réseaux VLC utilisant le précodage ZF, en améliorant le conditionnement de la matrice du canal. Ensuite, et afin de gérer un nombre potentiellement grand d’utilisateurs, nous proposons de nouvelles techniques d’accès multiple, qui permettent une réduction efficace des MUI et une amélioration des performances du réseau. En particulier, nous proposons un schéma hybride de pré-codage ZF et d’accès multiple non-orthogonal (NOMA pour Non-Orthogonal Multiple-Access), où le pré-codage ZF est utilisé pour diffuser les signaux des utilisateurs se trouvant au bord des cellules avec l’ordre de décodage le plus élevé dans le schéma NOMA. D’autre part, pour le cas d’une transmission basée sur le schéma NOMA, et pour permettre une adaptation aux variations de l’intensité lumineuse, nous proposons une solution de gestion des MUI basée sur la planification temporelle et la coordination des transmissions au sein de chaque cellule. Enfin, nous étudions le cas de la mobilité des utilisateurs et proposons de nouvelles techniques de handover qui permettent une amélioration du débit et de la fiabilité des connexions.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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