| Management of radio resources in a 5G heterogeneous network using beamforming technique & millimeter waves (Gestion des ressources radio dans un réseau hétérogame 5G utilisant la technique de formation de faisceaux et les ondes millimétriques) Fadel, Ahmad - (2021-10-08) / Universite de Rennes 1, RENNES 1 Management of radio resources in a 5G heterogeneous network using beamforming technique & millimeter waves
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Langue : Anglais Directeur(s) de thèse: Cousin, Bernard Discipline : Informatique Laboratoire : IRISA Ecole Doctorale : MATHSTIC Classification : Informatique Mots-clés : 5G, Allocation de ressources, MIMO, Beamforming, Onde millimétrique (mmWave)
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Résumé : Les concepteurs de systèmes sans fil sont confrontés à une demande sans cesse croissante de débits de données élevés, améliorant la capacité du système et la mobilité requise par les nouvelles applications sans fil. De plus, l’augmentation du débit utilisateur est devenue une préoccupation essentielle pour le futur réseau de communication sans fil 5G. Dans ce contexte, la densification des macrocellules par de petites cellules est proposée comme solution potentielle qui apporte de nombreux avantages tels que l’amélioration du débit et de la qualité du signal, mais conduit à des contraintes opérationnelles sur la gestion des ressources radio. Notamment, les ondes millimétriques (mmWaves) sont installées sur la station de base de petites cellules en raison de ses caractéristiques limitées et cela est proposé comme solution potentielle pour éviter les interférences entre les macrocellules et les petites cellules. La technique de formation de faisceaux est utilisée pour augmenter l’utilisation du domaine spatial et le taux d’utilisation du réseau cellulaire. Ainsi, le défi est de trouver de nouvelles approches de gestion des ressources radio qui visent à minimiser les interférences entre les cellules adjacentes, à réduire la consommation d’énergie, interférences entre les cellules adjacentes A réduire la consommation d’énergie, à augmenter le débit total du système et à améliorer le spectre et l’efficacité spectrale dans les réseaux cellulaires. En conséquence, une bonne gestion des ressources radio est nécessaire pour exploiter les avantages de la 5G et garantir la qualité du service (QoS) des utilisateurs. Les travaux de cette thèse se concentrent sur l’algorithme de sélection des utilisateurs dans un réseau hétérogène (HetNet) de manière à atteindre nos objectifs. En particulier, cette thèse aborde d’abord la formulation d’un problème d’optimisation pour la formation de faisceaux conjointe avec l’allocation de puissance et la sélection des utilisateurs dans un réseau cellulaire hétérogène visant à maximiser le débit total du système. Une version modifiée d’algorithmes sous-optimaux bien connus pour l’allocation des ressources a été proposée pour résoudre le problème. Tout aussi important, nous générons une allocation de fréquence utilisant les angles et basée sur un algorithme d’équité (FAABF) pour un scénario multi-utilisateurs afin d’obtenir une bonne solution pour le problème d’optimisation proposé pour une sélection des utilisateurs basée sur l’angle d’arrivée (AoA) entre l’équipement de l’utilisateur et sa station de base, qui vise à maximiser conjointement le débit du système, l’efficacité du spectre et garantir l’équité entre les utilisateurs sélectionnés. Abstract : Wireless system designers has been facing the continuously increasing demand for high data rates, improving the system capacity and mobility required by new wireless applications. Moreover, increasing the user throughput have become essential concerns for the future fifth-generation (5G) wireless communication network. In this context, densifying macro cells by small cells is proposed as potential solution that may bring many benefits such as improving the bit rate and signal quality, but leads to constraints operations on the management of radio resources. Notably, millimeter wave (mmWave) installed for small cells base station (BS) due to its limited features is proposed as potential solution to avoid the interference between macro cell and small cells. Beamforming technique is used to increase the spatial domain utilization and the user rate in a cellular network. Thus, the challenge is to find new radio resource management approaches that aim to minimize the interference between adjacent cells, reductions in energy consumption, increase the total system throughput and enhance the spectrum and spectral efficiency in cellular networks. Accordingly, proper radio resource management is needed to exploit the benefits of the 5G and guarantee the quality of service (QoS) of the users. The works in this dissertation focus on the user selections algorithm in a heterogeneous network (HetNet) in a way to achieve our objectives. In particular, this thesis first addresses the formulation of an optimization problem for joint beamforming, power allocation and user selection in a heterogeneous cellular network which aims to maximize the total system throughput. A modified version of well-know sub-optimal algorithms for resource allocation were proposed to the solve the problem. Equally important, we generate a frequency allocation angular based with fairness algorithm (FAABF) for a multi-user scenario to get a good solution for the proposed optimisation problem for a user selection based on angle-of-arrival (AoA) between user equipment and its serving base station, that aims to jointly maximizing the system throughput, spectrum efficiency and guarantees fairness between selected users. | |||