YIN Haifan

Thesis

L'atténuation des interférences dans les systèmes MIMO massifs

Les systèmes d'antennes MIMO avec un nombre élevé d'antennes, appelés « MIMO massifs », devraient permettre un débit et une efficacité énergétique beaucoup plus élevée par rapport aux systèmes MIMO traditionnels. Leur utilisation est fortement envisagée pour les futurs réseaux 5G. Malgré un fort potentiel, il y a encore de nombreux obstacles qui limitent le potentiel des systèmes MIMO massifs. Cette thèse se concentre sur certains de ces défis liés à l'acquisition de l'information de l'etat du canal (CSI) à la fois dans le mode de multiplexage temportel (TDD) et dans le mode de multiplexage fréquentiel (FDD).

 

Dans la phase d'estimation du canal en mode TDD, l'effet de contamination des pilotes constitue la limitation principale pour la performance globale. Nous présentons de nouvelles approches qui abordent ce problème en exploitant les statistiques de second ordre des canaux d'utilisateur. Nous démontrons analytiquement que dans la limite d'un grand nombre d'antennes, l'effet de contamination des pilotes disparaît complètement sous une certaine condition sur la matrice de covariance du canal. Cette condition stipule que le support des trajets multiples d'angle d'arrivée (AoA) des interférences doit être distinct du support des AoA du canal désiré. Cette condition est étroitement liée à la propriété de rang faible de la matrice de covariance. En outre, nous montrons qu'une telle propriété de faible rang n'est pas intrinsèquement liée à la géométrie du système d'antennes. Il peut être généralisé à matrice non uniforme, et de façon plus surprenante, à une répartition spatiale en  deux dimensions.

 

Bien que l'estimateur de MMSE proposé conduise à la décontamination complète sous la condition de non-chevauchement dans le domaine angulaire, dans la pratique, il est peu probable que cette condition soit tout le temps vérifiée, en raison de la distribution aléatoire des utilisateurs et des effets de diffusion. En conséquence, nous proposons de nouveaux systèmes robustes d'estimation de canal qui combinent les mérites de l'estimateur MMSE et la méthode de projection basée sur l'amplitude connue. L'analyse asymptotique lorsque le nombre d'antennes devient large, montre que les méthodes proposées exigent des conditions plus faibles par rapport aux méthodes connues pour réaliser une décontamination complète.

 

Enfin, nous abordons le problème de l'acquisition de l'information de canal pour les systèmes MIMO massifs fonctionnant en mode FDD par de nouveaux mécanismes de coopération entre utilisateurs qui sont activés par communications d'appareil à appareil (D2D). L'échange de l'information de canal entre les utilisateurs permet de d'exploiter cette connaissance partagée pour transmettre plus efficacement au transmetteur l'information de canal.  L'impact de cette amélioration sur le débit total est évaluée et les gains vis-à-vis d'une configuration MIMO massif classique sans D2D sont présentées.