These Performance relais - recherche à Télécom Bretagne

Fiche descriptive de la thèse
Encadrant Orange Labs:
Jean-Marc Conrat
France Telecom R&D/RESA/PEAK
6, av. des Usines
BP 382
90007 Belfort Cedex
Tél.: 03 84 54 42 68
Mob.: 0676089852
E-mail: [email protected]
Sujet de la thèse:
Impact du canal de propagation sur les performances des communications coopératives avec relais
Contexte global de l'étude et état de l'art
SA au capital de 10 412 239 188 € - 380 129 866 RCS Paris
Les progrès réalisés dans les architectures radio ont permis d'augmenter régulièrement au cours des
dernières années les efficacités spectrales. Alors que le GSM proposait des débits de l'ordre du kb/s, le LTEAdvanced vise des débits de plusieurs centaines de Mb/s. Cependant, cet accroissement de performance
représente l'augmentation du débit pic et non pas celui observée en bordure de cellule. En effet, les
performances pic ne sont obtenues que pour des conditions de propagation très favorables, typiquement,
lorsque l'utilisateur est relativement proche de la BS (station de base). Cela explique pourquoi depuis
quelques années, de nombreuses recherches proposent des solutions permettant de lisser les écarts de
performance sur une cellule entre plusieurs utilisateurs (relais, coopération de station de base, coordination
d'interférence,…). Dans le cadre de cette thèse, nous nous intéressons aux relais qui font l'objet de
recherches très diverses. En effet, les relais permettent potentiellement d'étendre la couverture, d'améliorer
le débit ou d'uniformiser couverture et débit. Un relai 4G doit être considéré comme une micro-BS dont le
lien backhaul est sans fil. Cependant, son apport réel doit être évalué au travers de simulation système qui
intègre un modèle de propagation réaliste pour les scénarios à relais. La particularité d'un scénario à relais
est la nécessité de simuler non pas un canal mais trois canaux de façon cohérente (BS->RS, RS->MS, BS>MS). Cette cohérence est essentielle car un déséquilibre des modèles de champ faussera les évaluations
des apports des solutions avec relais. Il existe bien des canaux de propagation définis par des projets
européens ou des organismes de normalisation (Winner, 3GPP, ITU, 802.11j, COST-WI), mais il n'existe à
ce jour aucune publication portant sur la cohérence des canaux. De même, la réduction de la taille des
cellules conduit de plus en plus à considérer un partage des conditions LOS (Line-of-Sight) et NLOS définis
par des lois de probabilité. De nouveau sur ce point, il existe très peu de travaux. Par exemple, dans le
livrable du projet cooperative Européen Winner phase II dédié à la propagation, on peut lire "These models
are based on relatively limited data sets and/or specific assumptions and approximations regarding the
location of obstacles in the direct path, and should therefore not be considered exact". Cela illustre
parfaitement l'état de l'art des modèles de propagation dédiés aux scenarios à relais.
Ce constat a amené le laboratoire RESA/PEAK à initier des activités de recherche portant sur les scénarios
à relais et dont les deux objectifs principaux sont les suivants: fournir des modèles de propagation et/ou
évaluer la pertinence des modèles existants, puis quantifier à partir des modèles adaptés et de mesures
terrain l'apport des relais pour l'uniformisation de la couverture et les débits radio. Ces travaux ont débuté en
2009 par la thèse de Quang Hien Chu. L'étudiant étant actuellement en 3° année de thèse à 6 mois de la fin
de son contrat, un bilan provisoire mais assez proche du bilan définitif peut être tiré. Son travail a porté sur le
posttraitement et l'analyse des deux campagnes de mesure avec un focus particulier sur le lien BS-RS. Ses
travaux ont pu démontrer l'impact de la hauteur de réception sur le niveau de champ reçu par le RS. Par
exemple, une hausse d'environ 8 dB est obtenue entre le niveau de la rue et 12 m (hauteur d'un lampadaire)
pour un environnement urbain moyen (hauteur moyenne du bâti à 20 m). Les aspects cohérence des
canaux de propagation ont été plus grossièrement analysés. A titre d'exemple, on peut citer le modèle
Winner qui est, par rapport à nos mesures terrain, très optimiste sur le lien BS-RS et pessimiste sur le lien
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BS-MS conduisant à conclure un bénéficie artificiellement élevé apporté par le RS d'environ 15 dB. Les
conclusions ont donc de fortes chances d'être biaisées si on utilise le modèles proposés dans la littérature
sans disposer d'une référence solide.
Objectifs de la thèse
Au regard des objectifs généraux visés sur les études à relais et de l'état d'avancement de la thèse actuelle,
il convient de prolonger la thèse de Quang Hien Chu par une nouvelle thèse dont les objectifs sont les
suivants:
-
Finaliser les modèles de champ pour les scénarios à relais. L'étudiant devra se concentrer sur le lien
RS-MS avec l'étude des probabilités LOS/NLOS et sur la cohérence des modèles cités ci-dessus (le
lien BS-MS est par ailleurs assez bien cerné grâce à des études précédentes).
-
Mesure et modélisation des directions d'arrivée au niveau du relais. Le gain de puissance observé
sur le lien BS-RS en augmentant la hauteur d'antenne profite au signal utile mais aussi au signal
interférent des cellules voisines. Ce mécanisme pourrait être limité par l'ajout d'une antenne directive
pointant vers la station de base. Un tel dispositif n'a de sens que si le canal de propagation
comporte des fortes contributions dans l'axe BS-RS. A ce jour, il n'existe aucune étude sur cette
thématique. Une campagne terrain mesurant les directions d'arrivée au relais sera organisée et
l'analyse des résultats devra montrer si un dispositif directif permet d'augmenter le SNR au niveau
du relai.
-
Evaluation des performances avec relais et relation avec les caractéristiques du canal de
propagation. L'objectif de cette partie sera d'analyser de manière très macroscopique les
performances d'un système avec relais en fonction des caractéristiques du canal de propagation
évoqués ci-dessus. Pour rester simple, l'évaluation des performances sera effectuée par des calculs
de capacité théorique. Quelques travaux ont déjà été effectués sur le sujet et montrent selon les
scénarios choisis un gain de capacité très variable en utilisant un relai. L'apport de cette étude est
donc de prendre en compte dans les simulations les modèles réalistes mentionnés ci-dessus.
Au cours de cette thèse, l'étudiant sera amené à analyser des mesures de propagation et à estimer des
performances système. Les compétences recherchées sont les suivantes:
- Connaissance générale sur les radio-mobiles
- Modélisation du canal de propagation
- Principes généraux du traitement de signal
- Connaissance Matlab
- Maitrise de l'anglais pour rédaction de livrables et articles