Energy and computationally efficient resource allocation methods for cellular relay-aided networks with system stability consideration

Résumé

La demande croissante pour l'extension de la couverture et le gain de puissance, ainsi que la nécessité de réduire les coûts de mise en oeuvre, ont soulevé l'idée de relayer les systèmes cellulaires. Le développement de stations de relais en tant que prolongement de couverture et mécanisme à faible coût a également soulevé le défi d'utiliser les ressources de réseau disponibles en coopération entre les stations de base et les relais. Le sujet de l'allocation des ressources dans la liaison descendante d'un système cellulaire de relais est étudié dans la dissertation actuelle dans le but de maximiser le taux de transmission, englobant la stabilité du système et la gestion de l'interférence car il n'a pas été étudié comme un problem d'allocation inclusif dans la littérature précédente. Nous commençons notre étude en modélisant une transmission de liaison descendante du système cellulaire unique afin d'améliorer le débit des utilisateurs cellulaires en utilisant des stations relais décodage-et-transfert. Nous étudions l'évolution de la longueur de la file d'attente à chaque étape et proposons un mécanisme de contrôle des taux pour stabiliser les files d'attente considérées. En conséquence, nous proposons un nouveau modèle d'allocation visant à maximiser le débit des utilisateurs en fonction de l'état du canal et des exigences de stabilité. Ensuite, nous améliorons la méthode d'allocation initiale en considérant un système multi-cellule qui tient compte de réseaux cellulaires plus généraux et plus pratiques. Le modèle multi-cellule incarne des contraintes supplémentaires pour contrôler l'interférence aux utilisateurs des cellules voisines. Nous proposons un ensemble différent de contraintes de stabilité qui ne demandent pas une connaissance a priori des statistiques du trafic arrivant. Dans une approche visant à améliorer l'efficacité énergétique tout en respectant les critères de stabilité et d'interférence, nous proposons également un schéma d'allocation énergieconservateur. En tant que notre contribution finale, nous améliorons le modèle d'allocation multi-cellule proposé avec une approche distribuée et faible à frais généraux. Cette approche distribuée offre un haut degré d'efficacité énergétique ainsi qu'une plus grande évolutivité lorsque le système se compose d'un plus grand nombre de cellules et d'utilisateurs. Étant donné que les problèmes définis comportent plusieurs variables et contraintes, nous développons un cadre pour juxtaposer la conception de l'articulation sous la forme d'optimisation, ce qui entraîne des problèmes non linéaires et non convexes. À cet égard, nous utilisons une technique de partage du temps pour aborder le format combinatoire du problème d'allocation. En outre, il est important de considérer la situation selon laquelle l'approche du partage du temps n'est pas bénéfique lorsque les sous-porteuses ne sont pas autorisées à être partagées pendant un intervalle d'une fente du temps. Pour surmonter cet obstacle, nous appliquons des algorithmes heuristiques ainsi que des techniques d'optimisation convexe pour obtenir une méthode pour allouer des sous-porteuses exclusivement. Pour évaluer la performance des solutions proposées, nous les comparons en termes de debit obtenu, de puissance transmise, de stabilité de file d'attente, de frais généraux d’information en retour, et de complexité de calcul. Grâce à des scénarios de simulation étendus ainsi qu'à des analyses numériques, nous démontrons les avantages remarquables des approaches suggérées. Les résultats de la présente dissertation sont intéressants pour la conception de futurs systèmes HetNet spécifiquement lorsque la latence de la communication et la consommation d'énergie doivent être minimisées.

Date	18 déc. 2017
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	François Gagnon (Directeur(-trice))