Hybrid massive MIMO architecture with SWIPT in NOMA systems

Résumé

La récupération d’énergie radiofréquence (EH) est apparue comme une possibilité importante pour l’augmentation de l’efficacité énergétique des réseaux existants et futurs. L’EH a également émergé comme une option durable, permettant la réutilisation d’une partie de l’énergie transmise à travers un cycle énergétique. En outre, l’énorme besoin de débits de données élevés et l’augmentation du trafic dans les réseaux sans fil ont suscité des recherches sur le spectre des ondes millimétriques (ondes mm) pour les futurs systèmes de communication (5G). Les réseaux d’antennes massives sont utilisés pour cette haute fréquence. Cependant, les coûts de déploiement élevés et la complexité du traitement du signal rendent les systèmes de formation de faisceau entièrement numériques (homogènes) coûteux et inefficaces. De plus, l’utilisation d’un système de formation de faisceau purement analogique réduit les performances du système en raison de ses limites matérielles. Pour résoudre les problèmes susmentionnés, la formation de faisceau hybride a été proposée. Trouver une conception appropriée reste une difficulté importante pour le chercheur. Dans cette thèse, nous formulons et présentons une nouvelle méthode basée sur l’algorithme LRE-CG (Long Recurrence Enlarged Conjugate Gradient) pour réaliser itérativement la méthode de détection MMSE, tout en évitant les complexités d’inversion de la matrice dans les systèmes MIMO massifs. Nous démontrons que ses performances sont supérieures à celles des méthodes actuelles et compétitives. Nous adaptons ensuite son application aux systèmes MIMO massifs et aux systèmes MIMO massifs à ondes millimétriques avec le système NOMA. Les résultats de la simulation ont permis de vérifier que la méthode présentée surpasse les méthodes conventionnelles trouvées dans la littérature, y compris l’approche basée sur l’approximation des séries de Neumann et l’itération de Gauss-Siedel et les méthodes itératives de Gauss-Siedel (GS) pour les systèmes MIMO massifs. L’algorithme proposé parvient à atteindre une performance quasi optimale à celle de l’algorithme MMSE typique avec un niveau minimal d’itérations. Deuxièmement, nous abordons le problème de la consommation d’énergie associée aux éléments de signaux mixtes tels que les éléments analogiques-numériques dans les systèmes MIMO massifs à ondes millimétriques (mmWave). Nous utilisons la méthode d’accès multiple non orthogonal (NOMA) dans les systèmes MIMO massifs à ondes millimétriques (mmWave) pour améliorer l’efficacité spectrale. La technologie simultanée de transmission d’informations et d’énergie sans fil (SWIPT) sera utilisée dans les systèmes MIMO massifs à ondes millimétriques. L’utilisation de SWIPT contribue à prolonger la durée de vie de la batterie des utilisateurs mobiles (MU) et à améliorer l’efficacité énergétique (EE) du système, en particulier dans le cas des systèmes MIMO où l’interférence d’inter-utilisateur peut être réutilisée pour la récupération de l’énergie (EH). Cependant, nous avons initialement conçu un algorithme de regroupement(clustering) des utilisateurs basé sur l’algorithme de regroupement(clustering) par propagation d’affinité, qui rassemble préférentiellement les équipements d’utilisateur (UE) en fonction de leur canal de corrélation et de leur distance. Subséquemment, nous concevons un encodeur RF analogique basé sur la sélection du groupe d’utilisateurs pour tous les faisceaux, suivi d’une conception d’un encodeur numérique en bande de base de faible dimension pour atténuer davantage les interférences entre faisceaux, et maximiser le débit total réalisable pour le système considéré. Par la suite, nous transformons le problème d’optimisation original en deux sous problèmes : le premier concerne d’allocation de puissance conjointe et le deuxième est sur la répartition de puissance. Le problème d’optimisation non convexe considéré est difficile à résoudre, en raison de la présence de variables jointes et d’interférences entre utilisateurs. Pour faire face à ce problème, une approche disjointe est adoptée, dans laquelle l’allocation et la répartition de la puissance sont séparées, et les sous-problèmes correspondants sont résolus à l’aide de la méthode de dualité lagrangienne. Les résultats de la simulation confirment l’efficacité de la méthode proposée et démontrent qu’elle est quasi-optimale et qu’elle bénéficie d’une meilleure efficacité spectrale et énergétique par rapport aux conceptions abordées dans l’état de l’art, et à la méthode conventionnelle à savoir le Système MIMO-NOMA à ondes millimétriques compatible avec SWIPT.

Date	13 déc. 2022
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Michel Kadoch (Directeur(-trice))