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Thèse Année : 2024

Mitigation of Cross-link Interference for MIMO TDD Dynamic Systems in 5G+ Networks

Réduction de l'interférence des liens croisés pour les systèmes MIMO TDD Dynamique dans les réseaux 5G+

Amel Tibhirt
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 1200955
  • IdRef : 277155819

Résumé

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.
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.
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Origine Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04649229 , version 1 (16-07-2024)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04649229 , version 1

Citer

Amel Tibhirt. Mitigation of Cross-link Interference for MIMO TDD Dynamic Systems in 5G+ Networks. Library and information sciences. Sorbonne Université, 2024. English. ⟨NNT : 2024SORUS017⟩. ⟨tel-04649229⟩

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