Performance Analysis of Enhancement Techniques for 3-D Cellular Networks

Analyse de la Performance des Techniques de transmission numérique en 3-D

Soumaya Bachtobji (1)

1 UM - Le Mans Université

With the explosive growth of mobile data demand, cellular networks have experienced several major evolutions, from the first generation to the present the fifth generation new radio cellular networks. These networks can cover a larger geographical area, with high network capacity, and low power consumption. For the next generation, the cellular networks consist in deploying a big number of small cells, such as femto-cells and picocells, which offers a lager zone of radio coverage. In fact, cell densification presents a simple and efficient solution to increase the network capacity, which relies on densely reusing the spectrum across a geographical area and hence brings base stations closer to users. Thus, the 3-D modeling and the performance enhancement of the increasingly heterogeneous cellular networks become important issues. The current thesis focuses on the study and the enhancement of 3-D cellular networks. The research work introduced in this thesis has two main axes. First, we focus on three-dimensional modeling of wireless communication networks. These models, not only describe the system when the blockages effect are neglected, but also capable of modeling the obstacles (such as buildings) in order to study their effect and propose solution to overcome. Second, new transmission schemes are proposed to enhance the performances of the urban wireless communication systems.

Les réseaux 5G présentent de nombreux défis et opportunités pour la conception des réseaux sans fil denses. Par conséquent, des efforts de recherche substantiels sont consacrés aux problèmes de la modélisation 3-D dans les réseaux HetNets basés sur les mmWave et la récupération d’énergie respectivement. Ainsi, la modélisation et l’amélioration des performances des réseaux cellulaires hétérogènes 3-D pour la prochaine génération méritent une étude approfondie, qui est l’objectif principal de cette thèse. Le travail de recherche présenté dans cette thèse a deux axes principaux. Premièrement, nous nous concentrons sur la modélisation en 3D des réseaux de communication sans fil. Ces modèles décrivent non seulement le système lorsque les blocages sont négligés, mais permettent également de modéliser les obstacles (tels que les bâtiments) afin d'étudier leur effet et de proposer une solution pour les surmonter. Deuxièmement, de nouvelles techniques de transmission sont proposées pour améliorer les performances des systèmes de communication sans fil urbains. Ainsi, nous introduisons une technique basée sur la récupération d’énergie (EH) tel que l’objectif est de réduire le délai de transmission et améliorer la capacité ergodique. Sur cette base, le délai de transmission moyen et les expressions de capacité ergodique sont détaillés et dérivés. Enfin, en considérant une hypothèse de canal nakagami-m pour les communications à ondes millimétriques, nous proposons un nouveau schéma min / max pour améliorer le taux de réussite de la transmission. Ce schéma est basé sur la sélection d’un relais disponible pouvant assister à la transmission.

Mots clés: Performance Analysis; Fifth Generation (5G); Stochastic Geometry; 3-D Modeling; MillimeterWave (mmWave); Heterogeneous Cellular Networks

Mots clés: Analyse des performances; Cinquième génération (5G); Géométrie stochastique; Modélisation 3-D; Onde millimétrique (mmWave); Réseaux cellulaires hétérogènes

Domaines: Traitement du signal et de l'image [eess.SP]

Soumaya Bachtobji. Performance Analysis of Enhancement Techniques for 3-D Cellular Networks. Signal and Image Processing. UNIVERSITÉ DU MANS; UNIVERSITÉ TUNIS ELMANAR, 2019. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-02445442⟩