Contribution à la modélisation des interférences dans les systèmes cellulaires : Application à l'optimisation des débits
Institution:
ValenciennesDisciplines:
Directors:
Abstract EN:
A common point of all wireless networks --- wether they are of cellular or ad-hoc type --- is that the power emitted by each of the transmitting nodes of the network propagates through space along relatively important distances. So, the power received by each receiver experiences interference. Inerference management is one of the major issues in emerging wireless technologies such as WiMAX or LTE. In this context, this thesis focuses on modelizing the interference power experienced by a mobile user in the downlink of a wireless cellular system. Such a modelization is of great interest as it allows to better understand the interference phenomenon and to easily evaluate cellular network performances (analytically or using simulations). For this thesis, a hexagonal 19-cell cellular layout is considered. A first contribution to modelization of the interference power is proposed by considering a propagation environnement taking into account large-scale pathloss and small-scale multipath Rayleigh fading. An analytical expression of the interference power probability law has been formulated using an orignial approximation neglecting the pathloss fluctuations as compared to multipath fading variations. A second contribution is proposed by then considering a propagation environnement taking into account large-scale pathloss and shadowing phenomenons and small-scale multipath Rayleigh fading. It is then showed that the original approximation is still valid but does not suffice to allow for an analytical formulation of the interference power modelization. Instead, a semi-analytical method is developed to determine the histogram of the interference power, from which a statistical model based on the Burr distribution is derived. This model is parameterized by the shadowing parameter sigma_dB. The last chapter is devoted to using the models developed to evaluate the performances of the Fractional Frequency Reuse (FFR) scheme (foreseen by the LTE standard) to mitigate the interference.
Abstract FR:
Un point commun à l'ensemble des réseaux sans fil --- qu'ils soient de type cellulaire ou ad-hoc --- réside dans le fait que la puissance émise par chacun des émetteurs du réseau se propage dans l'espace sur des distances relativement importantes. Ainsi, la puissance reçue par chaque récepteur est-elle soumise à des interférences. La gestion des interférences est au cœur de la conception des réseaux sans fil émergents tels que ceux basés sur les normes WiMAX et LTE. Dans ce contexte, cette thèse se focalise sur la modélisation de la puissance d'interférence perçue par un utilisateur dans la voie descendante d'un réseau sans fil cellulaire. L'intérêt d'une telle modélisation est double : elle permet non seulement de mieux comprendre le phénomène des interférences mais également d'évaluer très simplement les performances des réseaux sans fil cellulaires (analytiquement ou à l'aide de simulations). Pour l'ensemble du travail, un modèle cellulaire hexagonal à dix-neuf cellules est considéré. Une première contribution à la modélisation de la puissance d'interférence est apportée en considérant un environnement où les phénomènes de propagation qui se manifestent sont l'affaiblissement de parcours (pathloss) qui varie en fonction de la distance, et les évanouissements à petite échelle (fading) dus aux trajets multiples. Une expression analytique de la loi de probabilité de la puissance d'interférence a pu être formulée grâce à l'utilisation d'une approximation originale consistant à négliger l'effet des fluctuations de l'affaiblissement de parcours au regard de celui des variations des évanouissements à petite échelle. Une deuxième contribution est ensuite présentée pour un environnement de propagation où est également pris en compte le phénomène des évanouissements à grande échelle (shadowing), évanouissements causés par les différents obstacles qui jalonnent le parcours du signal. Dans ce cas, il est montré que l'approximation originale précédente est toujours valable, mais elle insuffisante pour permettre un développement analytique complet de la modélisation. En lieu et place est développée une méthode semi-analytique de détermination de l'histogramme de la puissance d'interférence, à partir duquel est élaboré un modèle basé sur une modification de la distribution de Burr. Ce modèle est paramétré par le paramètre d'intensité de l'effet masque (\backslashsigma_dB). Enfin, le dernier chapitre de la thèse est consacré à l'exploitation des modèles développés précédemment dans l'évaluation des performances de la technique de réduction des interférences appelée FFR (Fractional Frequency Reuse), prévue par le standard LTE.