Performance analysis of full duplex relaying in vehicular cooperative wireless communications

Résumé

Les communications véhiculaires, qui promettent de fournir aux conducteurs et aux passagers un large éventail d’applications telles que le stationnement des véhicules, l’intervention en cas d’accident et l’évitement des embouteillages, suscitent une attention considérable de la part de la recherche et de l’industrie. En outre, les réseaux sans fil coopératifs V2V pourraient être utilisés pour partager et échanger des informations entre les véhicules et également pour fournir un débit de données élevé pour des fonctions telles que le streaming vidéo. Les réseaux mobiles ad hoc (VANET) ont fait l’objet d’une attention particulière ces dernières années en raison de leurs caractéristiques uniques qui les distinguent des réseaux mobiles ad hoc (MANET), notamment la défaillance des liaisons, le changement rapide de topologie et la grande mobilité qui forment un réseau très dynamique. Le principal inconvénient des VANET est l’instabilité du réseau, qui réduit l’efficacité du réseau. Compte tenu des caractéristiques susmentionnées, les communications sans fil coopératives de véhicule à véhicule (V2V) peuvent constituer une solution fiable pour ces réseaux. Les systèmes de coopération sans fil V2V utilisent de meilleures liaisons de communication entre les utilisateurs pour améliorer les performances du système en termes de fiabilité de la communication, de sécurité routière et de connectivité du réseau. Les communications sans fil coopératives V2V peuvent également offrir de la diversité, ce qui augmente la fiabilité en envoyant des informations par différents chemins, augmentant ainsi la probabilité de réussite de la transmission. Par conséquent, dans ce travail, nous fournissons une analyse complète des performances des réseaux sans fil coopératifs AF V2V en duplex intégral qui aident les chercheurs à concevoir et à mettre en œuvre des systèmes de communication pour véhicules. Plus précisément, nous étudions d’abord les réseaux de relais en duplex intégral (FDR) qui utilisent le relais amplifié et avancé (AF) dans les communications coopératives V2V. Dans ce contexte, en tenant compte de l’auto-interférence (SI) au niveau du relais et en supposant des canaux d’évanouissement généralisés indépendant mais pas nécessairement distribué de manière identique (i.n.i.d) L-Nakagami-m, nous dérivons de nouvelles expressions pour la fonction de densité de probabilité (PDF) et la fonction de distribution cumulative (CDF) du rapport signal/interférence-plus bruit (SINR) au niveau du nœud de relais. En capitalisant sur ces données, nous obtenons une limite inférieure de la probabilité de panne de bout en bout. Les résultats montrent que la mise en cascade des canaux, dont il a été démontré qu’elle caractérise avec précision les propriétés statistiques des canaux à évanouissement V2V, a un impact significatif sur la probabilité de coupure de bout en bout des systèmes FDR V2V, et que la mise en cascade de la liaison source-relais est plus importante que la liaison relais-destination. Deuxièmement, nous explorons les performances de la FDR en utilisant la technique AF dans les communications sans fil coopératives V2V. Dans de tels systèmes, dans des scénarios pratiques, la liaison de communication souffre inévitablement d’interférences entre canaux (CCI), d’interférences entre véhicules et de blocage par d’autres véhicules sur la route. Dans ce contexte, nous considérons les canaux à évanouissement i.n.i.d Nakagamim et dérivons de nouvelles probabilités de coupure exactes et asymptotiques du SINR exact équivalent et approximatif respectivement. De plus, les probabilités de coupure exactes et asymptotiques de bout en bout sont exprimées en termes de probabilité de blocage et sont ensuite utilisées pour évaluer le débit du système proposé. En outre, une limite inférieure au taux d’erreur sur les symboles du système considéré est également dérivée. Les résultats montrent l’impact significatif de l’interférence et du blocage considérés sur la performance du système. De plus, les résultats établissent que la probabilité de panne, le taux d’erreur de symbole et le débit sont dégradés lorsque la hauteur moyenne des obstacles est augmentée. Troisièmement, nous analysons la capacité ergodique d’un système FDR AF à double saut sur des canaux à évanouissement Nakagami en considérant à la fois le SI et le CCI aux nœuds relais et de destination, respectivement. Pour ce schéma, de nouvelles expressions exactes ainsi que des limites inférieures pour la capacité ergodique sont dérivées sur la base de l’analyse de la fonction génératrice de moment (MGF) du SINR. De plus, la limite supérieure de la capacité ergodique est dérivée sur la base de la probabilité de panne asymptotique du SINR approximé. Nos résultats montrent l’impact significatif des interférences considérées sur la performance du système. De plus, il est intéressant de noter que le FDR avec SI et CCI offre toujours une capacité ergodique plus élevée que le relais semi-duplex sans interférence, en particulier pour des rapports signal/bruit (SNR) moyens et élevés. Enfin, nous présentons une meilleure stratégie de sélection de relais pour véhicules pour les systèmes de communication FDR V2V dans une autoroute dense à plusieurs voies. Le modèle proposé suppose des canaux d’évanouissement Nakagami-m dans les réseaux à ondes millimétriques (mmWave) et propose deux schémas de sélection FDR différents, tels que les sélections de relais de véhicule à auto-interférence (SI) et à auto-interférence individuelle (ISI). En outre, une probabilité de blocage qui saisit les occurrences de propagations en visibilité directe (LOS) et hors visibilité directe (NLOS) est mise au point. Dans cette optique, une liaison LOS est considérée comme disponible lorsque la voie centrale est libre de véhicules entre les nœuds d’origine et de destination, alors qu’une liaison NLOS est supposée être disponible dans le cas contraire. Les probabilités LOS/NLOS sont combinées avec la probabilité de blocage et utilisées pour analyser les performances du système. En outre, des expressions de limite inférieure des probabilités de coupure de bout en bout sont élaborées et utilisées pour exprimer le débit. Enfin, les résultats théoriques postulés et présentés dans ce travail sont vérifiés par simulation numérique pour une variété de paramètres.

Date	23 juin 2020
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Georges Kaddoum (Directeur(-trice))