Récepteur cognitif à hauts gains en débit, couverture etudefficacité énergitique par basculement entre modesudd’assistance par pilote de l’estimation de canal et de lauddémodulation de données sur le lien descendant deudréseaux LTE hétérogènes.

摘要

L’explosion du trafic de données et le problème de l’efficacité spectrale qui s’approche de sesudlimites théoriques exigent l’augmentation de la densité des noeuds dans un réseau cellulaire. Cependant,udla partition des cellules dans un réseau contemporain dense cause un grand problèmeudd’interférence. De plus, le déploiement des cellules macro à puissance transmise élevée est très couteux.udUne stratégie alternative consiste alors à superposer des cellules à faible puissance transmiseuddans la surface géographique de la macro cellule créant ainsi des réseaux hétérogènes connus parud"HetNet". Dans ce travail, nous visons l’amélioration des performances des réseaux HetNet dontudles petites cellules souffrent d’un problème sérieux d’interférence limitant leurs performances. Nousudadoptons pour notre objectif la radio cognitive du point de vue de fournir une communication trèsudfiable indépendamment du temps et du lieu. Nous visons un niveau original d’intelligence en faisantudappel à la cognition comme outil de traiter plusieurs dimensions de reconfiguration dynamiqueudautre que l’allocation de spectre. Nous proposons un nouveau émetteur-récepteur cognitif (CTR)udcapable de sélectionner le meilleur triplet d’utilisation de pilote, d’estimation de canal et de modeudde détection qui permet d’atteindre le meilleur débit au niveau lien selon les conditions du canal quiudsont le rapport signal-à-bruit (SNR), l’indicateur de qualité du canal CQI, la vitesse du mobile et leudtype du canal. Nous divisons notre travail d’évaluation en deux grandes étapes qui sont les simulationsuddu niveau lien et les simulations du niveau système. La première étape (étape d’apprentissage)udpermet de tracer les règles de décision du meilleur triplet mode d’identification de canal (assisté parudpilote, hybride ou autodidacte), algorithme d’estimation de canal (maximum de vraisemblance ouudmoindres carrés), et mode de détection (cohérent ou différentiel) dépendamment des conditions duudcanal représentées par le triplet rapport signal-à-bruit/indicateur de qualité de canal, vitesse du mobileud(évanouissement lent ou rapide), type de canal (évanouissement plat ou sélectif en fréquence).udLes résultats de simulations en termes de taux d’erreurs sur les trames sont ensuite transférées auudsimulateur système pour mettre en valeur l’apport de notre nouveau CTR au réseau LTE HetNet.udNous visons alors l’amélioration des petites cellules en appliquant notre CTR conjointement avec laudtechnique d’extension d’aire pico cellulaire. Nous visons aussi réduire la puissance transmise par laudcellule macro pour diminuer par conséquence l’effet d’interférence sans baisser les performances deudcette dernière. Notre CTR permet d’atteindre les objectifs cités en réalisant de surcroît des gainsudconsidérables en débit. One of the strongest driving forces for wireless technology evolution today is 4G (4th Generation),udalso known as LTE-Advanced (Long Term Evolution) or IMT-Advanced (International MobileudTelecommunications). 4G allows high-speed wireless data delivery at much lower costs and latencyudwhile providing much higher rates, spectrum efficiency, and coverage. Most importantly, it promisesudthe provision of future high-speed wireless data services everywhere closer to the mobile user in audseamless and versatile fashion, no matter what the surrounding environment and link conditionsudare. In this context and given the spectral efficiency approaching its theoretical limits, HeterogeneousudNetworks known as HetNet is an attractive cost effective solution for communication serviceudproviders. The basic idea of HetNet is deploying small cells (pico-cells and femto-cells) transmittingudweaker power in a macro-cell network in order to increase system capacity and throughput.udHowever, due to their very low transmit powers; small cells are prone to severe interference corruptionudfrom macro-cells. Our main objective is hence to enhance LTE HetNet system performance byudusing cognitive radio concept. In this context, get onto the emerging cognitive radio from a ratheruduncommon perspective today. We take up the second primary cognitive radio’s objective of providingudhighly reliable communications anywhere anytime, so far addressed in a conventional manner,udbut rarely tackled today from a new level of “cognitive wireless communications" where cognitionudcould possibly handle many dynamic reconfiguration dimensions other than spectrum allocation,udthe conventional one. We propose therefore a new context-aware cognitive transceiver (CTR), whichudis able to self-adjust its antenna-array processing structure and air-interface configuration for optimumudperformance. More specifically, the proposed CTR is able to select the best combinationudtriplet of pilot-use, channel-identification, and data-detection modes that achieve the best link-leveludperformances against channel conditions in terms of channel type, mobile speed, SNR, and CQI. Theudperformance of the proposed context-aware CTR is assessed by conducting exhaustive simulationsudat both the link and system levels. For link-level assessment purposes, we simulate a wireless systemudconsisting of one user equipment (UE) and one base-station (BS). We first identify the performanceudpertaining to each couple of {channel estimator (LS or ML), data detection (DA, NDA, or NDAudwith pilots)} apart and draw out the optimal decision rules in terms of the best performing {channeludestimator, detection mode} configuration. Block error rate (BLER) vs. SNR results are then fed touda system-level simulator, wherein a whole network is simulated in order to assess the performanceudof the proposed CTR under more realistic operating conditions that account for inter-cell and intracelludinterference sources. The proposed CTR applied jointly with range expansion technique allowsudenhancing small cells performances in the context of downlink LTE HetNet by offering considerableudthroughput gain. Reducing macro cell transmitted power to mitigate interference problem experiencedudby small cells is also allowed by the new CTR with throughput enhancement for macro cellsuddespite the corresponding transmit power reduction.