Uplink OFDMA Resource Allocation using mobile Relays and Proportional Fairness

Allocation de ressources pour un système OFDMA pour le sens montant se basant sur des relais et sur l’équité proportionnelle Dans les systèmes de communications sans fils, l'allocation de ressources reste toujours un défi considérable afin de satisfaire les demandes des utilisateurs et de fournir de bonnes performances avec une perpétuelle demande en applications gourmandes en ressources. Les techniques multiporteuses essentiellement les techniques dérivant de l'OFDM sont généralement utilisées pour transmettre les données dans des sous-porteuses orthogonales. De plus, de nouvelles stratégies de relayage sont proposées pour améliorer les performances en bordures de cellules. Plusieurs types de relais peuvent être sollicités comme les relais fixes faisant partie de l'infrastructure du système ou les relais mobiles qui ne nécessitent pas un coût additionnel de déploiement.Dans cette thèse, nous étudions principalement l'allocation des ressources pour le sens montant d'un système cellulaire OFDMA assurant les exigences de qualité de service et l'équité entre les utilisateurs. Les algorithmes d'allocation de ressources les plus utilisés sont présentés et un nouvel algorithme se basant sur l'équité proportionnelle pondérée (WPF) est proposé afin d'approcher les bornes supérieures de débit et d'équité. L'algorithme WPF propose un poids variable par utilisateur permettant d'allouer un nombre plus élevé de sous-porteuses au centre de la cellule qu'en bordure tout en gardant une bonne équité entre les utilisateurs. Nous établissons une étude théorique afin de comparer l'algorithme proposé à l'algorithme classique d'équité proportionnelle (PF). Nous étendons ensuite l'algorithme WPF à un système multi-cellulaire où l'interférence inter-cellulaire (ICI) dégrade les performances du système. Enfin, nous étudions les stratégies d'annulation de l'ICI et proposons une nouvelle méthode pour réduire l'ICI en se basant sur la coopération entre les stations de base (BSs) et sur les indicateurs d'interférence. Nous proposons un nouvel indicateur d'interférence (EII) à valeurs entières échangé par les BSs pour indiquer les niveaux d'interférence des sous-porteuses. En prenant en compte les valeurs de EII échangées, chaque BS alloue dynamiquement les sous-porteuses de manière à éviter de fortes valeurs d'ICI.Dans un deuxième temps, nous étudions la communication coopérative en utilisant des relais mobiles. Pour cela, de simples utilisateurs mobiles ayant des positions avantageuses peuvent relayer d'autres utilisateurs en bordure de cellule en plus de transmettre leurs propres données. Un relai utilisant le protocole DF multiplexe ainsi ses propres données aux données relayées avant de transmettre à la BS. L'allocation de ressource est formulée sous forme d'un problème d'optimisation dont le but est de minimiser la puissance totale d'émission du système tout en assurant un débit cible par utilisateur. Dans un premier temps, nous proposons une méthode de sélection des relais comme phase d'initialisation et offrons une heuristique itérative pour optimiser l'allocation de puissance et des blocs de ressources radio (RBs). Dans un second temps, nous traitons la sélection des relais comme une variable d'optimisation additionnelle. Pour la résolution, la décomposition de Lagrange et la méthode duale sont utilisées et le problème global est divisé en sous problèmes résolus de manière itérative afin d'approcher la solution optimale. Enfin, nous étendons ce modèle coopératif à un modèle à antennes multiples (MIMO) afin d'étudier l'influence des antennes multiples sur la puissance totale de transmission. Les paramètres à optimiser sont la sélection des relais, l'allocation des puissances et l'allocation des RBs. Afin d'allouer la puissance sur les antennes d'un utilisateur, nous avons étudié la répartition égale des puissance (EPA) et le beamforming. Les expressions théoriques correspondantes sont établies et les résultats de simulation sont présentés pour comparer le modèle avec EPA et le modèle avec beamforming au modèle non coopératif.