Dissertations / Theses: 'Technologie 5G'

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Suárez, Trujillo Luis Carlos. "Securing network slices in 5th generation mobile networks." Thesis, Brest, 2020. http://www.theses.fr/2020BRES0050.

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Abstract:

Le « network slicing » est la pierre angulaire pour la conception et le déploiement de services de communication à forte valeur ajoutée qui seront supportés par les nouveaux cas d’usage introduits par la nouvelle architecture 5G. Ce document souligne le défi que représente l’isolation des « network slices », et la gestion de sa sécurité en fonction des politiques retenues.Tout d’abord, un nouveau modèle de contrôle d’accès a été créé. Il permet de sécuriser les interactions entre les fonctions réseaux supportées par les systèmes 5G. Ensuite, la gestion des interactions entre les «network slices » a été abordée. On utilise le concept de chaînes de « network slices », qui seront mises en oeuvre après validation des contraintes de sécurité selon la politique choisie. Enfin, une méthode de quantification de l’isolation a été mise au point, permettant de connaître le degré d’isolation d’un service de communication offert via des « network slices». Cela permet aux opérateurs de réseau et aux clients de mesurer le degré d’isolation, puis d’améliorer la configuration des « network slices » afin de le renforcer. Ces éléments établissent un cadre solide contribuant à sécuriser, verticalement, les services de communication d’un réseau 5G et à évaluer le degré de sécurité en ce qui concerne leurs interactions et leur isolation Network slicing is a cornerstone in the conception and deployment of enriched communication services for the new use cases envisioned and supported by the new 5G architecture.This document makes emphasis on the challenge of the network slicing isolation and security management according to policy. First, a novel access control model was created, that secures the interactions between network functions that reside inside the 5G system. Then, the management of the interactions between network slices was addressed. We coin the concept of network slice chains, which are conceived after security constraint validation according to policy. Lastly, a method to quantify isolation was developed, permitting to find out how well isolated a communication service is, which is offered via network slices. This enables network operators and customers to measure the isolation level and improve the configuration of the network slices so the isolation level can be enhanced. These components establish a solid framework that contributes to secure, vertically, the communication services of a 5G network and assess how secure they are with respect to their interactions and isolation

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Sobehy, Abdallah. "Machine learning based localization in 5G." Electronic Thesis or Diss., Institut polytechnique de Paris, 2020. http://www.theses.fr/2020IPPAS012.

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Abstract:

La localisation est le processus d'estimation de la position d'une entité dans un système de coordonnées local ou global. Les applications de localisation sont largement réparties dans des contextes différents. Dans les événements, le suivi des participants peut sauver des vies pendant des crises. Dans le domaine de la santé, les personnes âgées peuvent être suivies pour répondre à leurs besoins dans des situations critiques comme les chutes. Dans les entrepôts, les robots transférant des produits d'un endroit à un autre nécessitent une connaissance précise de ses positions, la position des produits ainsi que des autres robots. Dans un contexte industriel, la localisation est essentielle pour réaliser des processus automatisés qui sont assez flexibles pour être reconfiguré à diverses missions. La localisation est considérée comme un sujet de grand intérêt tant dans l'industrie que dans l'académie, en particulier avec l'avènement de la 5G avec son "Enhanced Mobile Broadband (eMBB)" qui devrait atteindre 10 Gbits/s, "Ultra-Reliable Low-Latency Communication (URLLC)" qui est moins d'une milliseconde et "massive Machine-Type Communication (mMTC)" permettant de connecter environ 1 million d'appareils par kilomètre.Dans ce travail, nous nous concentrons sur deux principaux types de localisation; la localisation basée sur la distance entre des appareils et la localisation basée sur les empreintes digitales. Dans la localisation basée sur la distance, un réseau d'appareils avec une distance de communication maximale estime les valeurs de distances par rapport à leurs voisins. Ces distances ainsi que la connaissance des positions de quelques nœuds sont utilisées pour localiser d'autres nœuds du réseau à l'aide d'une solution basée sur la triangulation. La méthode proposée est capable de localiser environ 90% des nœuds d'un réseau avec un degré moyen de 10.Dans la localisation basée sur les empreintes digitales, les réponses des chaînes sans fil sont utilisées pour estimer la position d'un émetteur communiquant avec une antenne MIMO. Dans ce travail, nous appliquons des techniques d'apprentissage classiques (K-nearest neighbors) et des techniques d'apprentissage en profondeur (Multi-Layer Perceptron Neural Network et Convolutional Neural Networks) pour localiser un émetteur dans des contextes intérieurs et extérieurs. Notre travail a obtenu le premier prix au concours de positionnement préparé par IEEE Communication Theory Workshop parmi 8 équipes d'universités de grande réputation du monde entier en obtenant une erreur carrée moyenne de 2,3 cm Localization is the process of determining the position of an entity in a local or global coordinate system. The applications of localization are widely spread across different contexts. For instance, in events, tracking the participants can save lives during crises. In health-care, elderly people can be tracked to respond to their needs in critical situations like falling. In warehouses, robots transferring products from one place to another require accurate knowledge of products' positions as well as other robots. In industrial context of the factory of the future, localization is invaluable to achieve automated processes that are flexible enough to be reconfigured for various purposes. Localization is considered a topic of high interest both in the academia and industry especially with the advent of 5G. The requirements of 5G pave the way for revolutionizing localization capabilities; Enhanced Mobile Broadband (eMBB) that is expected to reach 10 Gbits/s, Ultra-Reliable Low-Latency Communication (URLLC) which is less than 1 ms and massive Machine-Type Communication (mMTC) allowing to connect around 1 million devices per km.In this work, we focus on two main types of localization; range-based localization and fingerprinting based localization. In range-based localization, a network of devices with a maximum communication range estimate inter-distance values to their first-hop neighbors. These distances along with knowledge of positions of few anchor nodes are used to localize other nodes in the network using a triangulation based solution. The proposed method is capable of localizing ≈ 90% of nodes in a network with an average degree of ≈ 10.In the second contribution, wireless channel responses, aka. Channel State Information (CSI) is used to estimate the position of a transmitter communicating with a MIMO antenna. In this work, we apply classical learning techniques (K-nearest neighbors) and deep learning techniques (Multi-Layer Perceptron Neural Network and Convolutional Neural Networks) to localize a transmitter in indoor and outdoor contexts. Our work achieved the first place in the indoor positioning competition prepared by IEEE's Communication Theory Workshop among 8 teams from highly reputable universities worldwide by achieving a Mean Square Error of 2.3 cm

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Dehghani, Kodnoeih Mohammad Reza. "Développement de nouvelle génération d'antenne 5G dans la bande millimétrique." Thesis, Nantes, 2018. http://www.theses.fr/2018NANT4075/document.

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Abstract:

Etre compacte, avoir un faible coût, un gain élevé et être compatible avec dépointage électronique sont quatre des principales caractéristiques requises pour les antennes point à point 5G dans la bande millimétrique. Les bandes millimétriques ont attiré beaucoup d'attention ces dernières années car elles sont capables de fournir une communication à haut débit (jusqu'à 10 Gbits/s) en raison de leur large bande passante (jusqu'à 20%). Différentes technologies d'antenne ont été proposées pour telles applications, avec leurs avantages et leurs inconvénients. Ce sont soit des solutions coûteuses, telles que des réseaux d'antennes directement alimentés (réseaux de cornets, réseaux de fentes, etc.), soit des solutions volumineuses telles que les antennes avec alimentation quasi-optique (lentilles, réseaux transmetteurs et réseaux réflecteurs). Dans cette thèse, une antenne compacte, faible coût et directive basée sur des solutions quasi optiques est proposée pour la bande V (57-66 GHz). Une solution d'antenne à faisceau fixe optimisée avec une distance focale réduite est d’abordconçue puis validée par des mesures en champ lointain. Par la suite, la compatibilité de cette solution d'antenne pour le dépointage électronique est étudiée, et deux solutions de dépointage sont proposées. Ces solutions sont caractérisées à la fois par des simulations et des mesures. Enfin, en perspective, des solutions possibles pour intégrer des propriétés telles que le fonctionnement bi-fréquence ou en double-polarisation sont proposées Low-profile, low cost, high gain and beam steerable are four of the key features required for 5G point-to-point antennas at millimeter waves. Millimeter-wave bands gained a lot of attention recently as they are capable to provide high data rate communication (up to 10 Gbps) due to their large bandwidth (up to 20%). In the recent years, different antenna technologies have been proposed for such applications, with their advantages and weaknesses. They are either costly solutions, such as directly fed antennas arrays (horn arrays, slot arrays, etc.), or bulky ones such as quasi-optical antenna solution (lenses, transmit-arrays and reflect-arrays). In this thesis, a compact, low cost and high gain antenna based on quasi-optical solutions is proposed in V-band (57-66 GHz). At first an optimized fixed beam antenna solution with reduced focal distance is designed and validated by outdoor measurements. Afterwards, the compatibility of this antenna solution for electronic beam steering is studied, and two beam steering solutions are proposed. These solutions are characterized by both simulations and measurements. Finally, perspective solutions to integrate properties such as dual-frequency and dual-polarization into the antenna solution are proposed

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Dridi, Mohamed Amine. "Platform-based 5G service design and orchestration." Electronic Thesis or Diss., Institut polytechnique de Paris, 2021. http://www.theses.fr/2021IPPAS002.

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Abstract:

A partir de la cinquième génération, les réseaux mobiles devront supporter une croissance exponentielle du nombre d'appareils connectés de différents types, ceci étant l'un des piliers d'une stratégie globale de numérisation accélérée. En plus de cette croissance de connectivité, ces réseaux devront également supporter et offrir divers services pour de nouvelles industries aux exigences hétérogènes. Les concepteurs et développeurs de réseaux 5G sont alors contraints de fournir de nouvelles solutions et d'optimiser celles qui existent pour contenir les demandes croissantes de bande passante et les attentes plus élevées en termes de qualité d'expérience (QoE). Ces réseaux doivent également être hautement personnalisables pour s'adapter au divers cas d'usage et hautement automatisés pour raccourcir les délais de mise sur le marché. Les caractéristiques attendues des réseaux 5G ont incité les fournisseurs de réseaux mobiles à changer radicalement la façon dont ils conçoivent et développent leurs solutions, en adoptant une stratégie où les solutions logicielles sont privilégiées. Le domaine des réseaux mobiles et le reste du monde IT sont alors en train de converger et les fournisseurs de réseaux mobiles peuvent alors bénéficier de pratiques et outils à la pointe d'écosystèmes logiciels et d'informatique en nuage en plein essor. Les fonctions de réseau logicielles permettraient à ces fournisseurs d'avoir les niveaux de programmabilité et de reconfigurabilité dont ils ont besoin pour faire face à une évolution aussi rapide de la connectivité mobile. Cette thèse a pour objectif de fournir quelques optimisations de différentes parties des réseaux 5G et de la façon dont ils sont déployés et gérés, en espérant que cela contribuera à résoudre certains des problèmes auxquels sont confrontés les concepteurs de réseaux mobiles. Cette thèse propose des solutions à des problèmes spécifiques liés au traitement de la couche physique dans les réseaux 5G pour l'atténuation des interférences, ainsi qu'aux problèmes génériques liés à l'automatisation et à la personnalisation du réseau. Nous avons construit dans cette thèse une plateforme, qui sert à créer des réseaux mobiles de bout en bout, composée d'une plateforme réseau d'accès radio (RAN), coeur de réseau et orchestration, en utilisant les concepts et outils de la métaplateforme. La première partie traite la question d'interférence intercellulaire, qui risque d'être un handicap avec une densification prévue d'antennes dans les réseaux 5G. Nous proposons une solution pour atténuer les effets de cette interférence pour les transmissions du mobiles vers les stations de base. Cette solution est basée sur la technique de détection multi-récepteurs (JD). Elle répond aux exigences architecturales, fonctionnelles et techniques de l'intégration de JD dans des réseaux pratiques. Nous intégrons la solution JD dans une plateforme RAN dans la deuxième partie et étendons cette plateforme avec d'autres fonctionnalités. Nous adoptons la même approche dans la troisième partie de cette thèse pour fournir une solution pour automatiser le déploiement du coeur de réseau et la gestion du cycle de vie dans un environnement de virtualisation des fonctions réseau (NFV) et créer une plateforme de coeur de réseau réutilisable et orchestrée par open network automation platform (ONAP) 5G networks and beyond will have to support an exponential growth in numbers of connected devices of different types, as a pillar of a global accelerated digitization movement. In addition to hyperscale characteristics, these networks will also have to support a diverse set of connectivity services for new industries with heterogeneous requirements. 5G network designers and developers are then compelled to provide new solutions and optimize the existing ones to contain increasing bandwidth demands and higher Quality of Experience (QoE) expectations. These networks also need to be highly customizable to adapt to varying use-cases and highly automated to shorten time-to-market delays. The expected characteristics of 5G networks inspired mobile network providers to radically change the way they design and develop their solutions by adopting an extensive softwarization strategy. Mobile networking domain and the rest of the IT world are then converging and mobile network providers can then benefit from thriving software and cloud computing ecosystems with state-of-the-art practices and tools. Software-based network functions would allow these providers to have the necessary levels of programmability and reconfigurability they need to deal with such a fast-paced evolution of mobile connectivity. This thesis aims at providing a few optimizations of different parts of 5G networks and the way they are deployed and managed, hoping that it would contribute in solving some of the problems that network designers are facing. It proposes solutions to specific problems related to the physical layer processing in 5G networks for interference mitigation, as well as generic issues related to network automation and customization. We built in this thesis an end-to-end network service fabric composed of a Radio Access Network (RAN), core and orchestration platform using Metaplatform concepts and tools. The first part treats the issue of Intercell Interference (ICI), which is expected to be a liability with a foreseen antenna densification in 5G networks. We propose a solution to mitigate ICI in Uplink (UL) transmissions, based on Joint Detection (JD) technique. The proposed solution satisfies the architectural, functional and technical requirement of JD integration in practical networks. We incorporate the JD solution in a RAN platform in the second part and extend this platform with other capabilities. We adopt the same approach in the third part of this thesis to provide a solution to automate core network deployment and life-cycle management in a Network Function Virtualization (NFV) environment and create a reusable core network platform orchestrated by Open Network Automation Platform (ONAP)

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Capelli, Thomas. "Amplificateur de puissance pour réseaux phasés d’antenne 5G multi-bande en technologie ST CMOS065SOIMMW." Thesis, Bordeaux, 2022. http://www.theses.fr/2022BORD0176.

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Abstract:

Les télécommunications mobiles, afin de subvenir à leurs insatiables besoins, trouvent des moyens d’améliorer leurs capacités depuis maintenant plus de trente ans. En 2019 la cinquième génération (5G) est à l’épreuve afin de garantir une connexion non seulement au marché des téléphones mobiles toujours croissant, mais aussi au vaste univers de l’internet des objets (IoT). Afin de pouvoir remplir ses objectifs, la 5G marque une expansion sans précédent en matière de bandes de fréquences utilisées. En effet, des bandes jusqu’à 60 GHz et plus font partie des ambitions du réseau et cela implique de radicaux changements technologiques qui impactent toute l’électronique dédiée. Nouvelles fréquences plus élevées, pertes de propagation dans l’air plus élevées et niveau d’exigences relevé, les réseaux phasés d’antenne sont introduits pour pallier à toutes ces contraintes et imposent une toute nouvelle architecture système et une interface inédite pour les front-end RF des communications mobiles.Dans ce travail, nous proposons donc une analyse de ces réseaux d’antennes phasés et des contraintes qu’ils représentent en particulier pour les amplificateurs de puissance (PA), tel que la variation de charge parasite et le comportement des composantes générées par le comportement non-linéraire de ces derniers. Une évaluation de la variation de charge active due aux différents couplages existants dans les réseaux d’antennes est proposée ainsi que de son impact sur la performance des amplificateurs notamment en termes d’efficacité (PAE). Le comportement des non-linéarités telles que les produits d’intermodulation du troisième ordre (IMD3) est montré dans les réseaux d’antennes. Un concept utilisant le principe de génération et d’orientation de faisceau des réseaux d’antennes est proposé, permettant de relâcher les contraintes de linéarité des amplificateurs 5G et ainsi de permettre une réduction de leur consommation d’énergie. Une implémentation d’un PA utilisant ce principe est démontrée en technologie ST CMOS 65 nm PD-SOI à 28 GHz Mobile telecommunications, in order to support its insatiable needs, has been finding ways to improve its capabilities for over thirty years now. In 2019 the fifth generation (5G) is on trial to ensure connection not only to the ever-growing cell phone market, but also to the vast world of the Internet of Things (IoT). In order to meet its goals, 5G marks an unprecedented expansion in the frequency bands used. Indeed, bands up to 60 GHz and beyond are part of the network's ambitions and this implies radical technological changes that impact all dedicated electronics. New higher frequencies, higher propagation losses in the air, and higher requirements, antenna phased arrays are introduced to overcome all these constraints and impose a completely new system architecture and interface for the RF front-end of mobile communications.In this work, we propose an analysis of these phased antenna arrays and the constraints they represent particularly for power amplifiers (PA), such as the parasitic load variation and the behavior of the components generated by the non-linear behavior of the latter. An evaluation of the active load variation due to the different coupling existing in the antenna networks is proposed as well as its impact on the performance of the amplifiers, particularly in terms of power added efficiency (PAE). The behavior of nonlinearities such as third-order intermodulation products (IMD3) is shown in antenna arrays. A concept using the principle of beam generation and steering of antenna arrays is proposed, allowing for relaxing the linearity constraints of 5G amplifiers and thus allowing a reduction of their power consumption. An implementation of an AP using this principle is demonstrated in ST CMOS 65 nm PD-SOI technology at 28 GHz

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Mohsen, Ali. "Harmonic feedback multi-oscillator for 5G application." Thesis, Bordeaux, 2018. http://www.theses.fr/2018BORD0335/document.

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Abstract:

Le projet de thèse porte sur l'oscillateur harmonique; l'oscillateur dépend du signal de fréquence fondamentale à 25 GHz, qui est amplifié à l'aide d'un LNA et d'un amplificateur de puissance afin de générer un troisième signal harmonique à 75 GHz en sortie et de faire une contre-réaction du signal fondamental afin d'assurer la continuité de l'oscillation. Un diplexeur est utilisé pour séparer les deux fréquences à l’étage de sortie, en tenant compte de l’amélioration de la puissance de sortie, du bruit de phase et de l’efficacité de puissance ajoutée PAE à la fréquence candidate de l’application 5G. La technologie de transistor choisie est le FDSOI 28 nm de STMicroelectronics The PhD project is about harmonic oscillator; the oscillator depends on the fundamental frequency signal at 25 GHz which is amplified using an LNA and power amplifier in order to generate third harmonic signal at 75 GHz at the output, and feedback the fundamental signal to ensure the continuity of the oscillation. A diplexer is used to separate between both frequencies at the output stage, taking in consideration the improvement of the output power, phase noise, and the power added efficiency PAE at the candidate frequency of 5G application. The transistor technology chosen is the 28nm FDSOI from the STMicroelectronics

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Aklamanu, Fred Kwasi Mawufemor. "Intent-based networking for 5G mobile networks." Electronic Thesis or Diss., Institut polytechnique de Paris, 2020. http://www.theses.fr/2020IPPAS013.

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Abstract:

Les réseaux mobiles utilisent actuellement une approche impérative pour la fourniture de services réseaux et la gestion du cycle de vie des services. Les sauts de technologie qui accompagnent la 5G vont attirer des millions de nouveaux utilisateurs et d'énormes volumes de données. Plus Les infrastructure de réseaux atteindront une complexité telle qu'une gestion en mode impératif ne pourra pas suivre la hausse escomptée en demandes de services. Les technologies Software Defined Networking (SDN) et Network Function Virtualisation (NFV) tracent la route pour la programmabilité, la flexibilité et l'évolutivité des réseaux mobiles. Les deux technologies offrent un avantage significatif aux Opérateur de réseau (NOs) en terme de gestion de réseaux et de fourniture de services, et élargissent leur marché aux fournisseurs tiers tels des opérateurs de réseau virtuels (VNOs) et des fournisseurs d'application Over-The-Top (OTT). Cependant, ces technologies reposent toujours sur des approches impératives de gestion et de fourniture de services réseaux. Une approche déclarative pour la gestion des réseaux services est nécessaire pour gérer leur accroissement du réseau de manière transparente, ce qu'offre une approche de réseautage basé sur l'intention (IBN). L'IBN consiste à organiser et à abstraire des ensembles d'instructions complexes de gestion et de configuration de réseaux afin de les exposer aux locataires du réseau sous la forme d'une demande de service simple et sans ambiguïté appelé Intention. L'intention décrit QUOI on demande tandis que le réseau gère COMMENT y répondre. La présente thèse propose un cadre de traitement basé sur les Intentions pour le traitement des requêtes par les marchés verticaux. L'étude se concentre sur l'approvisionnement des tranches de réseau 5G dédiées à des applications. La structure aide à la fois les opérateurs et les locataires du réseau à exprimer leur intention dans un langage de 4eme génération proche du langage humain et en langage de transformation (source-à-source) Mobile networks currently provide an imperative approach to network service provisioning and service life-cycle management. With the rapid technology disruptions, there is a wave that brings onboard millions of users, huge data bulks, and more complex network infrastructures which an imperative management approach will not scale up with the expected increase in demand. Software-Defined Networking (SDN) and Network Function Virtualization (NFV) pave the way for programmability, flexibility, and scalability of mobile networks. Both technologies offer significant advantages to the Network Operators (NOs) in terms of network management and service provisioning, which widens their market to 3rd party providers such as Virtual Network Operators (VNOs) and Over-The-Top (OTT) Application Providers. However, these technologies still rely on imperative approaches to manage and provision network services. A declarative approach to network and service management is essential to handle the growth of networks seamlessly, which an Intent-based networking (IBN) approach provides. IBN consists of organizing and abstracting sets of complex network management and configuration instructions so as to expose them to network tenants in the form of a simple and unambiguous service request called Intent. Intents involve the expression of WHAT while the network handles the HOW. This thesis proposes an Intent-based networking framework for vertical markets with the aim to speed up and simplify the task of network service provisioning and management. The thesis focuses on provisioning 5G network slices using a declarative approach, Intents. The framework aids both operators and network tenants to express their Intent in a high-level language which is close to human language, based on the 4th generation language approach and language transformation (source-to-source) tools. The Intent-Based Networking framework is responsible for the end-to-end deployment of 5G network application slices by staging through different service execution phases including, service configuration, resource allocation, identifying optimal service placement strategy and service lifecycle monitoring without human intervention after Intent expression

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Moret, Boris. "Amplificateur de puissance autonome pour applications OFDM et beamforming de la 5G aux fréquences millimétriques en technologie CMOS avancée." Thesis, Bordeaux, 2017. http://www.theses.fr/2017BORD0672/document.

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Abstract:

Afin de répondre à la demande croissante du nombre d'objets connectés et de débits de données plus élevés, la cinquième génération de réseau mobile (5G) va être déployée.Pour répondre à ces défis, la 5G utilisera le beamforming pour améliorer la qualité de transmission et étendre la couverture du réseau. En raison du manque de spectre RF disponible en dessous de 6 GHz, l'industrie de la téléphonie mobile étudie actuellement les bandes de fréquences millimétriques en particulier autour de 28 GHz. L'utilisation de la technologie CMOS pour les applications 5G apparait prometteuse pour le marché de masse que vise la 5G, d'autant qu'aujourd'hui la miniaturisation des transistors CMOS permet un fonctionnement compétitif aux fréquences millimétriques. Pour répondre à toutes les attentes de la 5G notamment en termes de fiabilité, de nouvelles idées en rupture, avec le self-healing et le self-contained, permettent d’utiliser au maximum les avantages de la technologie CMOS tout en proposant un fonctionnement fiable pou rl’amplificateur. Dans le cadre du self-healing et du self-contained, plusieurs circuits son tintégrés sur silicium tel qu'un amplificateur intégrant un détecteur de puissance totalement non invasif pour le self-healing et un amplificateur équilibré pour le selfcontained In order to meet the growing demand for more connected objects and higher data rates,the fifth generation of mobile network (5G) will be deployed. To address thesechallenges, the 5G will use beamforming to improve the transmission quality and extendthe network coverage. Due to the lack of available RF spectrum below 6 GHz, the mobileindustry is studying millimeter wave frequency bands in particular around 28 GHz. Theuse of CMOS technology for 5G applications is promising for the 5G mass market,especially nowadays the miniaturization of CMOS transistors allows competitiveoperation at millimeter frequencies. To meet all the expectations of the 5G especially interms of reliability, new breakthrough ideas, with the self-healing and the selfcontained,allow to use all the benefits of CMOS technology to the maximum whileoffering reliable operation for the amplifier. Within the framework of self-healing andself-contained, several circuits are integrated on silicon such as an amplifier integratedwith a totally non-invasive power detector for self-healing and a balanced self-containedamplifier

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Atra, Kebede Tesema. "Design of ultra dense passive optical network to support high number of end users." Electronic Thesis or Diss., Institut polytechnique de Paris, 2021. http://www.theses.fr/2021IPPAT010.

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Abstract:

Dans cette thèse, nous étudions des modulateurs à électroabsorption (EAM) en réflexion, intégrés de manière monolithique sur InP avec des amplificateurs optiques à semi-conducteurs (SOA), pour réaliser des transmetteurs indépendants de la longueur d'onde (achromatiques). Ces composants sont conçus pour des applications dans les réseaux d'accès, qui nécessitent un déploiement dense de transmetteurs-récepteurs optiques à faible coût. Les composants sont basés sur des zones actives à multi-puits quantiques GaInAsP/InP (MQW) et ont été fabriqués par un technologie à guides d’onde enterrés (semi-insulating buried hetero-structure, SIBH). Une approche d’intégration longitudinale type ‘bout-à-bout’ (butt-joint) a été adoptée pour combiner les zones actives MQW des différentes fonctions de bases (build-ing blocks, BBs) sur une même puce. Nous analysons des circuits, basés sur plusieurs combinaisons des BBs, avec trois longueurs de modulateur différentes (80, 100 et 150 μm). Nous effectuons une analyse complète des performances statiques et dynamiques des composants réalisés. Pour les SOA, nous obtenons un gain >17 dB, avec un facteur de bruit d'environ 4 dB. Pour les EAM, nous atteignons une bande passante de modulation >33 GHz et un taux d'extinction dynamique jusqu'à 15 dB. Les EAM présentent un chirp nul, pour des tensions de polarisation inverse dans la plage comprise entre −1,2 V et −1,5 V, en fonction de la longueur d'onde de fonctionnement. Pour les composants fonctionnants dans la bande C, nous démontrons des transmissions achromatiques à 25 Gb/s, sur une plage spectrale de 15 nm, jusqu'à 16 km, en utilisant le format de modulation non-return-to-zero (NRZ). Avec les composants fonctionnant dans la bande O, nous montrons des transmissions jusqu'à 50 Gb/s NRZ, ainsi que des transmissions PAM-4 sans égalisation. Enfin, nous effectuons une transmission multicanal bande V/IFoF de 10 Gb/s, atteignant une amplitude de vecteur d'erreur <11% In this thesis, we study reflective electroabsorption modulators (EAMs) monolithically integrated with semiconductor optical amplifiers (SOAs) to realize wavelength-independent (colorless) transmitters for low-cost access network applications that require dense deployment of optical transceivers. The devices are based on GaInAsP/InP multiple quantum-wells (MQWs), leveraging semi-insulating buried heterostructure (SI-BH) waveguide and butt-joint integration technologies. We analyze different design tradeoffs by considering three modulator lengths (80, 100 and 150 μm). After fabrication, we perform a complete performance analysis of our components in both static and dynamic modes. We obtain >17 dB SOA gain with a noise figure of about 4 dB. For the EAM, we achieve >33 GHz modulation bandwidth and up to 15 dB dynamic extinction ratio. The EAMs exhibit zero-chirp for reverse bias voltages in the range between −1.2 V and −1.5 V, depending on the operating wavelength. For C-band components, we demonstrate up to 16 km colorless trans-mission, over 15 nm, at 25 Gb/s using non-return-to-zero (NRZ) modulation format. With components working in the O-band, we per-form up to 50 Gb/s NRZ as well as PAM-4 transmissions without equalization. Finally, we perform a 10 Gb/s multi-channel V-band/IFoF transmission, achieving <11% error vector magnitude

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Gopala, Kalyana. "Multiple Antenna Communications for 5G." Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2018. http://www.theses.fr/2018SORUS352.

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Abstract:

Duplexage par division dans le temps (TDD) Massive Multiple Input Multiple Output (MaMIMO) dépend de la réciprocité de canal pour obtenir des informations d'état de canal au niveau de l'émetteur (CSIT). Toutefois, le canal numérique global de bout en bout n’est pas réciproque en raison de la présence de chaînes de transmission (Tx) et de réception (Rx), qui doivent être corrigées à l’aide de facteurs de calibration. Nous fournissons une expression simple et élégante du Cramér-Rao Bound (CRB) pour l’estimation des paramètres de calibration. Nous analysons des approches des moindres carrés existants et proposons des algorithmes optimaux. Nous considérons également la beamforming pour une liaison MIMO point à point variant rapidement dans le temps. Dans un système Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM), il en résulte une interférence entre porteuses (ICI). Avec une hypothèse de variation linéaire de canal à travers le symbole OFDM, il a été observé que le problème est similaire à celui d'une conception de beamformer MIMO par canal de diffusion à interférence (IBC). Le design du beamformer prend en compte le fenêtrage de réception en utilisant le préfixe cyclique en excès. En plus de la CSIT complète, nous étudions également des approches qui maximisent le Expected Weighted Sum Rate (EWSR) lorsque la Tx n’a qu’une connaissance partielle du canal. Premièrement, nous utilisons une approximation de système large qui fonctionne également bien pour un petit nombre d’antennes Tx et Rx. Nous analysons également la possibilité d’utiliser la métrique Expected-signal-expected-interference-WSR de signal EWSR. Enfin, les résultats expérimentaux sont présentés Time Division Duplexing (TDD) Massive Multiple Input Multiple Output (MaMIMO) with a massive number of base station (BS) antennas relies on channel reciprocity to obtain Channel State Information at Transmitter (CSIT). However the overall end to end digital channel is not reciprocal due to the presence of Transmit (Tx) and Receive (Rx) chains which need to be corrected using calibration factors. Our work provides a simple and elegant expression of the Cramer Rao Bound (CRB) for calibration parameter estimation. We provide analysis for the existing least squares approaches and propose optimal algorithms to estimate the calibration parameters. We also consider beamforming for a rapidly time-varying point to point MIMO link. In an Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) sytem, this results in inter-carrier interference (ICI). With an assumption of linear channel variation across the OFDM symbol, it is observed that the beamformer design problem is similar to that of a MIMO Interfering Broadcast Channel (IBC) beamforming design. The beamformer design takes into account receive windowing using the excess cyclic prefix and the window is jointly designed with the Tx beamformer. In addition to full CSIT, we also investigate partial CSIT approaches that maximize Expected Weighted Sum Rate (EWSR) where the Tx has only partial knowledge of the channel. First, we use a large system approximation that also works well for a small number of Tx and Rx antennas to derive the beamformers. In our work, we also analyze the possibility of using the Expected-signal- expected-interference-WSR metric instead of the EWSR. Finally, experimental results on the Eurecom MaMIMO testbed are presented

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Saffar, Illyyne. "Machine learning to infer user behavior in 5G autonomic networks." Thesis, Rennes 1, 2020. http://www.theses.fr/2020REN1S039.

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Abstract:

L'idée développée dans cette thèse est d’utiliser le Machine Learning Deep Learning et l’analyse de données radio 3GPP pour estimer et prédire le comportement d'un utilisateur, en termes d'habitudes et de préférence d'usage des services mobiles d’un réseau 5G. Le caractère multidimensionnel du comportement de l'utilisateur rend son estimation complexe et reste actuellement un défi. On a donc étudié son estimation sous une approche innovante au regard de l'état de l'art. On a proposé de la réaliser au sein d'un système unifié qui estime en parallèle chaque dimension du comportement. En utilisant des méthodes basées sur l’apprentissage approfondi (deep learning) supervisé et hybride/semi-supervisé, on propose une solution pour la détection de l’environnement (Indoor/ Outdoor Detection (IOD)) et jusqu'à 8 classes d'environnement d’un utilisateur de téléphone portable. Nous proposons ensuite une solution permettant de détecter la catégorie de mobilité (Mobility Speed Profile (MSP) Detection) jusqu'à 8 profils de vitesses. Enfin, une solution innovante basée sur des algorithmes d’apprentissage profond dans une architecture multitâches permet d'estimer conjointement à la fois l'environnement et le profil de mobilité. La comparaison avec l'état de l'art a montré l'efficacité des méthodes proposées. Ce qui permet d'envisager leur utilisation par des opérateurs mobiles au sein de leurs futurs The main idea of this thesis is to use machine learning/deep learning techniques to estimate and predict user behavior by analyzing 3GPP radio signals. The user behavior is defined in terms of habits and preferences while consuming 5G services. The estimation of user behavior is complex and remains a challenge due to its multidimensional nature. We therefore studied an innovative approach for the user behavior estimation: we use a unified system which jointly as well as parallelly estimates each dimension of behavior. Using methods based on supervised and hybrid / semi-supervised deep-learning, we propose a solution for the detection of the user environment (from Indoor/ Outdoor Detection (IOD) to up to 8 classes). We then propose a solution to detect the mobility categories (Mobility Speed Profile (MSP) Detection) up to 8 speed profiles. Finally, an innovative solution jointly estimates both the environment and the mobility profile using deep learning algorithms and a multitasking architecture. The comparison with the state of the art shows the effectiveness of the proposed methods. This allows to consider its deployment by operators in future

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Boutayeb, Mohammed Saad. "Architecture et conception d’un amplificateur de puissance large-bande pour des applications 4G/5G." Thesis, Université Grenoble Alpes, 2020. http://www.theses.fr/2020GRALT055.

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Abstract:

Avec l’arrivée de la 5G NR, les architectures des émetteurs-récepteurs des terminaux mobiles doivent intégrer plus de composants (filtres, amplificateurs de puissance…) afin d’adresser des bandes plus nombreuses et plus larges (notamment les bandes « sub-6 GHz ») en plus de traiter des signaux plus complexes. Ces nouvelles contraintes d’encombrement et de performances auxquelles doivent répondre les émetteurs-récepteurs ont un impact direct sur les spécifications techniques des amplificateurs de puissance (PA). D’une part il est nécessaire d’avoir des PA qui adressent des bandes plus larges afin de réduire le nombre de composants dans la chaîne d’émission ; d’autre part, ces PA doivent répondre aux critères de linéarité des nouveaux standards (LTE-A et 5G NR) tout en assurant une bonne efficacité énergétique de fonctionnement. Les travaux de cette thèse portent sur l’investigation d’architectures avancées de PA alliant largeur de bande, linéarité et efficacité énergétique.Le contexte et les motivations de la thèse énoncés, le choix de la technologie RF SOI 130nm et les contraintes auxquels doit répondre le PA sont justifiés. Une étude de l’état de l’art des architectures avancées (à efficacité améliorée) de PA permet de retenir l’architecture Doherty comme solution intéressante. Une étude théorique de l’architecture Doherty est effectuée afin de modéliser son fonctionnement, d’identifier l’impact des paramètres de dimensionnement et des capacités parasites du transistor sur les performances de celle-ci avant d’explorer les perspectives qu’elle présente en termes de largeur de bande. Un premier circuit démonstrateur a été implémenté en RF SOI 130nm. Il s’agit d’un étage amplificateur Doherty couvrant la bande 3,2-3,6 GHz. Pour un signal LTE 10MHz 50RB à une puissance de sortie de 27dBm, un ACLR maximal de -30,5 dBc et une PAE minimale de 36% a été mesurée sur toute la bande. Un deuxième circuit Doherty intégrant un étage de pré-amplification (driver) a été implémenté dans la même technologie. Les mesures pour un signal LTE 10MHz 12RB à 28 dBm de puissance de sortie donnent un ACLR maximal de -35 dBc et une PAE minimale de 32% sur toute la bande 3,2-3,8 GHz ce qui permet de couvrir les bandes B42, B43 et B49 The arrival of the 5G NR put more constraints on the transceivers architectures. They must integrate more components (filters, power amplifiers, etc.) in order to address more numerous and wider bands (in particular the “sub-6 GHz” bands) in addition to processing more complex signals. These new space and performance constraints that transceivers must meet have a direct impact on the technical specifications of power amplifiers (PAs). On the one hand it is necessary to have PAs which address wider bands in order to reduce the number of components in the emission chain; on the other hand, these PAs must meet the criteria of linearity of the new standards (LTE-A and 5G NR) while ensuring good operating energy efficiency. The work of this thesis concerns the investigation of advanced PA architectures combining bandwidth, linearity and energy efficiency.The context and the motivations of the thesis stated, the choice of SOI 130nm RF technology and the constraints to which the PA must respond are justified. A study of the state of the art of improved efficiency PAs architectures makes it possible to select Doherty architecture as an interesting solution. A theoretical study of the Doherty architecture is carried out in order to model its operation, to identify the impact of the dimensioning parameters and the parasitic capacitances of the transistor on the performances before exploring the bandwidth perspectives it presents. A first demonstrator circuit was implemented in RF SOI 130nm. It is a Doherty amplifier stage covering the 3.2-3.6 GHz band. For an LTE 10MHz 50RB signal at an output power of 27dBm, a maximum ACLR of -30.5 dBc and a minimum PAE of 36% was measured across the band. A second Doherty circuit integrating a driver stage has been implemented in the same technology. Measurements for an LTE 10MHz 12RB signal at 28 dBm of output power give a maximum ACLR of -35 dBc and a minimum PAE of 32% over the whole band 3.2-3.8 GHz which allows to cover the B42, B43 and B49 bands

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Pham, Tuyen. "Advanced reconfigurable antennas for 5G heterogeneous networks at millimeter waves." Thesis, Rennes 1, 2019. http://www.theses.fr/2019REN1S120.

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Abstract:

Être compacte, avoir un faible coût, un gain élevé et une capacité de dépointage électronique sur un large angle de couverture sont parmi les principales caractéristiques requises pour le sondage de canal 5G en bande millimétrique. Ces dernières ont attiré beaucoup d'attention ces dernières années car elles sont capables de supporter des communications à haut débit grâce à leur large bande passante. Différentes Différentes technologies d’antennes ont été proposées pour telles applications, avec leurs avantages et leurs inconvénients, telles que les antennes réseaux ou les solutions quasioptiques (lentilles, réflecteurs, etc.). Les solutions à alimentation par onde d’espace sont particulièrement attractives en raison de leur rendement élevé. Dans cette thèse, plusieurs réseaux transmetteurs (RT) ont été proposés dans la bande V (57-64 GHz). Un RT monofocal à faisceau fixe (axial ou dépointé). Pour améliorer les performances en dépointages, des RT multifocaux (bifocal et quadri-focal) ont été étudiés. Ces solutions ont été caractérisées à la fois par des simulations et des mesures. Un RT tri-bande fonctionnant en bande Ka (liaison montante et descendante) et bande V a également été conçu pour les applications satellitaires et 5G. Ce dernier est basé sur la technique d'entrelacement Low-profile, low cost, high gain and beam-steering capability over a large total field of view are among preferred features of antenna arrays for 5G channel sounding at millimeter waves. The latter are extremely attractive for high-speed communications due to the large available bandwidth. In the recent years, various potential antenna technologies have been investigated for multiple beam applications in terms of gain, efficiency, beam-steering performance, form factor and cost, such as antenna arrays or quasi-optical systems (lenses, reflectors, etc.). Space-fed architectures are very attaractive for their high radiation efficiency. In this thesis, transmitarray antennas (TAs) with low profile, low cost, high gain and wide field of view with low scan loss have been proposed in V-band (57-64 GHz). A monofocal TA with fixed beam (pointing at broadside or in an offset direction) has been first studied. To circumvent its limitation in scanning, bifocal and quadri-focal TAs have been proposed. These solutions have characterized in detail both in simulations and measurements. Finally, a triple-band TA operating at Ka band (up-link and down-link) and V-band has been also developped based on interleaving technique

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Zaki, Hindi Ayat. "Transport of critical services over unlicensed spectrum in 5G networks." Electronic Thesis or Diss., Institut polytechnique de Paris, 2020. http://www.theses.fr/2020IPPAS022.

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Abstract:

Cette thèse étudie le transport de services critiques dans les réseaux 5G, où le spectre non-licencié est préconisé pour minimiser le coût et faire face à la forte demande de ressources en fréquences. Nous évaluons d'abord les performances des services critiques type URLLC (Ultra-Reliable Low-Latency Communication) qui a des exigences strictes en matière de fiabilité et de latence, de l'ordre de 99,999% et 1 ms, respectivement, transporté dans le spectre non-licencié. Nous proposons un modèle basé sur une chaîne de Markov pour quantifier la fiabilité sous contrainte de délai, sous procédure d'accès au support Listen-Before-Talk (LBT), puis nous en déduisons le nombre maximum de stations pouvant être servies en même temps, tout en respectant l'URLLC contraintes. Cette analyse est ensuite utilisée pour étudier de nouvelles méthodes pour la transmission conjointe d'URLLC sur les spectres non-licencié et licencié. Nous proposons trois méthodes pour l'accès conjoint aux ressources disponibles et démontrons que la méthode optimale pour accéder aux ressources consiste à utiliser des ressources licenciées, uniquement lorsque la transmission dans le système non-licencié échoue dans un budget de temps donné. Cette méthode est ensuite étudiée dans le cas de plusieurs tenants à proximité en concurrence sur le même canal non-licencié. Si tous les tenants essaient de maximiser leur utilisation des ressources non-licenciées, tout le monde se retrouvera dans une situation type « tragédie des biens communs ». Nous montrons qu'au moins un point d'équilibre existe pour ce système qui minimise le coût pour tous les tenants. Nous étudions ensuite la coexistence d'URLLC avec d'autres services 5G, tels que le haut débit mobile amélioré eMBB (enhanced Mobile Broadband), dans le spectre non-licencié. eMBB a de grandes paquets et son multiplexage avec URLLC peut entraîner une forte dégradation des performances d'URLLC. Pour cela, nous proposons une nouvelle technique pour prioriser les paquets URLLC en les transmettant avec une puissance plus élevée. Cependant, la transmission à haute puissance n'est pas systématiquement effectuée afin de réduire les interférences sur les autres utilisateurs et aussi pour réduire la consommation d'énergie, ce qui est très important pour les appareils alimentés par batterie. Dans ce cas, deux méthodes ont été proposées pour transmettre avec une puissance élevée, en ne le laissant qu'en dernier recours. L'un est indépendant du LBT et transmet une fois le délai de paquet approche de l'expiration, tandis que l'autre respecte le LBT et n'utilise une puissance élevée que lorsque les opportunités de transmission se produisent au-delà d'un seuil de temps. Nous proposons ensuite une mise en œuvre décentralisée de l'approche par seuil de temps décrit ci-dessus. Nous formulons le problème dans le cadre d'optimisation où les émetteurs doivent choisir la politique optimale (seuil de temps) qui minimise la consommation d'énergie tout en préservant les exigences d'URLLC. Nous résolvons ensuite le problème d'optimisation en utilisant une approche d'apprentissage et montrons une lente convergence vers la politique optimale du fait que les pertes sont des événements rares. Pour y remédier, nous utilisons le cadre d'optimisation et la connaissance préalable du système pour accélérer cet apprentissage. Nous étudions enfin l'approche décentralisée pour un type différent de services critiques qui met l'accent sur la fraîcheur de l'information, connue sous le nom d'Age de l'Information (AoI). Dans ce contexte, au lieu de garantir une cible de fiabilité dans un délai, le paquet doit être livré dès sa génération, sinon sa valeur se dégrade. Nous démontrons que les politiques optimales dans le contexte AoI ont tendance à démarrer de manière agressive et à réduire la puissance de transmission lorsque l'âge du paquet augmente This thesis studies the transport of critical services in 5G networks, where unlicensed spectrum is advocated to minimize the cost and to cope with the high demand for frequency resources. We first evaluate the performance of Ultra-Reliable Low-Latency Communication (URLLC) which has stringent requirements on reliability and delay, on the order of 99.999% and 1 ms, respectively, transported in unlicensed spectrum. We propose a model based on a Markov chain to quantify the reliability within a delay constraint under Listen-Before-Talk (LBT) medium access procedure, then we deduce the maximum number of stations that can be handled at the same time, while respecting URLLC constraints. This analysis is then used to investigate novel methods for the joint transmission of URLLC over unlicensed and licensed spectrum. We propose three methods for the joint access to available resources, and demonstrate that the optimal method to access the resources is by using licensed ones only when unlicensed transmission fails within a given time budget. This method is then studied in the case of multiple tenants in proximity competing over the same unlicensed channel. If all tenants try to maximize their usage of unlicensed resources then everyone will end up in a tragedy of the commons type of situation. We show that at least one equilibrium point exists for this system which minimizes the cost for all tenants. We study later the coexistence of URLLC with other 5G services, such as enhanced Mobile Broadband (eMBB), in unlicensed spectrum. eMBB has large packets and its multiplexing with URLLC may entail a large degradation in URLLC performance. For that, we propose a new technique to prioritize URLLC packets by transmitting them with higher power. However, high power transmission is not systematically performed to reduce the interference on other users and also to reduce the energy consumption, which is very important for battery-powered devices. In this case, two methods were proposed to transmit with high power, leaving it as a last resort. One is LBT-agnostic and transmits whenever the packet delay approaches time-out, while the other respects LBT and uses high power only when transmission opportunities occur beyond a time threshold. We then propose a decentralized implementation of the time-threshold approach. We formulate the problem as an optimization problem where transmitters are to choose the optimal policy (time threshold) which minimizes the energy consumption while preserving URLLC requirements. We then solve the optimization problem using a learning approach and show a slow convergence to the optimal policy due to the fact that losses are rare events. To remedy to this, we employ the optimization framework and the prior knowledge of the system to accelerate this learning. We finally study the decentralized approach for a different type of critical services which focuses on the freshness of the information, known as the Age of Information (AoI). In this context, instead of guaranteeing a reliability target within a delay, the packet must be delivered as soon as it is generated, or else it loses its value. We demonstrate that optimal policies in the AoI context tend to start aggressively, and reduce the transmission power when the age of the packet increases

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Torres, Florent. "Power amplifier design for 5G applications in 28nm FD-SOI technology." Thesis, Bordeaux, 2018. http://www.theses.fr/2018BORD0064/document.

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Abstract:

Le futur réseau mobile 5G est prévu pour être déployé à partir de 2020, dans un contexte d’évolution exponentielle du marché de la téléphonie mobile et du volume de données échangées. La 5G servira de levier à des applications révolutionnaires qui permettront l’émergence du monde connecté. Dans ce but, plusieurs spécifications pour le réseau sont attendues même si aucun standard n’est encore défini et notamment une faible latence, une consommation d’énergie réduite et un haut débit de données. Les bandes de fréquences traditionnellement utilisées dans les réseaux mobiles ne permettront pas d’atteindre les performances visées et plusieurs bandes de fréquences millimétriques sont à l’étude pour créer un spectre complémentaire. Cependant, ces bandes de fréquence millimétriques souffrent d’une forte atténuation dans l’air et dans les matériaux de construction. Plusieurs techniques vont être implémentées pour outrepasser ces limitations dans les zones urbaines denses comme le backhauling, FD-MIMO et beamforming phased array. Ces techniques entraînent l’utilisation d’un grand nombre de transmetteurs dans les stations de bases et dans les dispositifs de l’utilisateur final. La technologie CMOS offre d’indéniables avantages pour ce marché de masse tandis que la technologie FD-SOI offre des performances et fonctionnalités additionnelles. L’amplificateur de puissance est le bloc le plus critique à concevoir dans un transmetteur et consomme le plus d’énergie. Afin d’adresser les challenges de la 5G, plusieurs spécifications concernant la puissance consommée, la linéarité et le rendement sont attendues. Les variations de l’environnement dans les beamforming phased array et le contexte industriel nécessitent des topologies robustes alors qu’une reconfigurabilité au niveau de l’amplificateur de puissance est bénéfique dans le cas de circuits adaptatifs. Cette thèse adresse ces challenges en explorant la conception d’un amplificateur de puissance reconfigurable et robuste pour des applications 5G en intégrant des techniques de design spécifiques et en mettant en avant les avantages de la technologie 28nm FD-SOI pour la reconfigurabilité The 5G future mobile network is planned to be deployed from 2020, in a context of exponential mobile market and exchanged data volume evolution. The 5G will leverage revolutionary applications for the advent of the connected world. For this purpose, several network specifications are expected notably low latency, reduced power consumption and high data-rates even if no standard is yet defined. The frequency bands traditionally used for mobile networks will not permit the needed performances and several mmW frequency bands are under study to create a complementary frequency spectrum. However, these mmW frequency bands suffer from large attenuation inbuilding material and in free-space. Therefore, several techniques will be implemented to tackle these limitations indense urban areas like backhauling, FD-MIMO and beamforming phased array. This is leading to a large number of transceivers for base stations and end-user devices. CMOS technology offers undeniable advantages for this mass market while FD-SOI technology offers additional features and performances. The power amplifier is the most critical block to design in a transceiver and is also the most power consuming. To address the 5G challenges, several specifications concerning power consumption, linearity and efficiency are expected. The environment variations inbeamforming phased array and the industrial context drive the need for robust topologies while power amplifier reconfigurability is benefic in a context of adaptive circuits. This thesis addresses these challenges by exploring the conception of a robust and reconfigurable power amplifier targeting 5G applications while integrating specific design techniques and taking advantage of 28nm FD-SOI CMOS technology features for reconfigurability purposes

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Chang, Chia-Yu. "Cloudiﬁcation and Slicing in 5G Radio Access Network". Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2018. https://accesdistant.sorbonne-universite.fr/login?url=https://theses-intra.sorbonne-universite.fr/2018SORUS293.pdf.

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Abstract:

Au cours des dernières décennies, la croissance des statistiques d’utilisation de réseau exige une technologique évolutive. Une question naturelle surgit dans nos esprits: que sera la 5G? Pour répondre à cette question, l’architecture 5G doit être conçue avec un certain niveau de flexibilité via l’intégration des principes de softwarization et virtualisation. Le réseau peut être utilisé de manière efficace et indépendante via la création de plusieurs espaces séparées logiquement, appelés tranches de réseau. De plus, chaque réseau logique peut déployer ses fonctions de réseau dans un environnement de nuage avec la flexibilité d’exécution. À cette fin, l’objectif de cette thèse est d’étudier ces deux techniques: (a) C-RAN et (b) découpage de RAN. Dans la première partie, nous étudions C-RAN, dans lequel les stations de base monolithiques sont remplacées par (1) les éléments radio distribués et (2) les pools centralisés pour des unités de traitement en bande de base. Le concept C-RAN est toujours confronté à des exigences sévères en matière de capacité et de latence de l’interface fronthaul qui connecte l’unité de radio distante distribuée à l’unité de traitement en bande de base centralisée. Dans la deuxième partie, nous nous concentrons sur le découpage RAN non seulement pour permettre des différents niveaux d’isolation et de partage à chaque tranche de réseau, mais également pour customiser le plan de contrôle, le plan utilisateur et la logique de contrôle de réseau virtualisé. Par conséquent, nous proposons un environnement d’exécution flexible pour le système de slicing, nommé «RAN Runtime» pour héberger les instances de service sur chacun des modules RAN sous-jacents Over the past few decades, the continuing growth of network statistics requires a constantly evolving technology. Therefore, a natural question arises in our minds: what will 5G be? To answer this question, the 5G architecture must be designed with a certain level of flexibility through the integration of softwarization and virtualization principles. Therefore, we can see that 5G will provide a paradigm shift beyond radio access technology in order to establish an agile and sophisticated communication system. The network can be used efficiently and independently by creating multiple logically separated spaces, called network slices. In addition, each logical network can deploy its network functions in a flexible cloud environment. To this end, the goal of this thesis is to study these two techniques: (a) Cloud-RAN and (b) RAN splitting. In the first part, our focus is on the C-RAN concept, in which monolithic base stations are replaced by (1) distributed radio elements and (2) centralized pools for baseband processing units. The C-RAN notion is still confronted with stringent capacity and latency requirements of the fronthaul interface that connects the distributed remote radio unit to the centralized baseband processing unit. In the second part, we focus on RAN cutting not only to allow different levels of isolation and sharing at each slice of network, but also to customize the control plane, user plane and control logic. Therefore, we provide a flexible runtime environment for the "RAN Runtime" slicing system to host service instances on each of the underlying RAN modules

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Nassif, Georges. "Modélisation stochastique et physique de la propagation 5G indoor en bandes millimétriques." Electronic Thesis or Diss., Institut polytechnique de Paris, 2020. http://www.theses.fr/2020IPPAT041.

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Abstract:

La 5G introduit des nouvelles bandes de fréquences, les ondes millimétriques, qui est une solution prometteuse au problème de l'épuisement du spectre grâce à la disponibilité de larges bandes passantes. Cependant, en raison de leurs propriétés de propagation, notamment leur très courte longueur d'onde, cette bande de fréquences peut avoir un impact sévère sur la transmission, conduisant à un nouveau défi majeur : la couverture indoor. Cela nécessite de nouvelles études pour répondre à trois questions fondamentales : Quel est l'impact des diverses géométries d'environnement (appartement, usine, etc.) sur la propagation des ondes millimétriques en indoor ? Quel est l'impact des divers matériaux de l'environnement (béton, bois, etc.) sur la propagation des ondes millimétriques en indoor ? et quelles méthodes de planification doit-on utiliser pour les diverses applications 5G indoor (accès fixe, industrie 4.0, etc.). Dans ce manuscrit, nous abordons ce problème à travers un nouveau cadre théorique qui combine la modélisation stochastique de l'environnement indoor avec la simulation avancée de la propagation physique. Cette approche est particulièrement adaptée pour étudier la propagation des ondes millimétriques 5G dans le cas où l'émetteur et le récepteur sont tous les deux en indoor. L'implémentation informatique de cette approche, appelée iGeoStat, génère des environnements typiques paramétrés qui tiennent compte des variations spatiales en indoor, puis simule la propagation radio en fonction de l'interaction physique entre les ondes électromagnétiques et les propriétés des matériaux. Ce cadre n'est pas dédié à un environnement, un matériau, une fréquence ou un cas d'usage particulier et vise à comprendre statistiquement l'influence des paramètres de l'environnement indoor sur les propriétés de propagation des ondes millimétriques, en particulier la couverture, le SINR et le path loss.L'implémentation d'iGeoStat soulève de nombreux défis de calcul informatique que nous résolvons en formulant un bilan de liaison adapté et de nouveaux algorithmes d'optimisation de la mémoire. Les premiers résultats de simulation pour deux applications 5G majeures (accès fixe et industrie 4.0) sont comparés à des données de mesure et montrent l'efficacité d'iGeoStat pour simuler la diffusion multiple dans des environnements réalistes, dans un temps et des ressources mémoire raisonnables. iGeostat génère des cartes qui confirment que la diffusion a potentiellement un impact majeur sur la propagation des ondes millimétriques en indoor et qu'une modélisation physique appropriée est de la plus haute importance pour générer des modèles de propagation pertinents. En utilisant iGeoStat, les principaux paramètres de propagation sont étudiés dans divers scénarios, montrant que l'indice de réfraction complexe du matériau indoor a un impact modéré sur la puissance reçue, tandis que la rugosité de surface a un impact majeur, pouvant modifier profondément le profil de puissance mesurée dans l'environnement. Diverses techniques d'accélération sont également présentées dans ce travail où nous montrons à travers les résultats de simulations que les performances d'iGeoStat peuvent être améliorées davantage et qu'il est possible d'obtenir une réduction d'au moins 50% du temps de simulation et de l'utilisation de la mémoire sans impacter l'aspect physique de la propagation 5G millimeter wave (mmWave) is a promising solution to the spectrum scarcity problem since very large bandwidths are available. However, due to their propagation properties, namely their very short wavelength, this frequency band can severely impact transmission, leading to a new major challenge: indoor coverage. This requires new studies to answer three major questions: What is the impact of the various environment geometries (apartment, factory, etc.) on indoor mmWave propagation? What is the impact of the various environment materials (concrete, plasterboard, etc.) on indoor mmWave propagation? and what planning methods should we use for the various indoor 5G applications (fixed wireless access, industry 4.0, etc.).In this work, we address this challenge through a novel theoretical framework that combines stochastic indoor environment modeling with advanced physical propagation simulation. This approach is particularly adapted to investigate indoor-to-indoor 5G mmWave propagation. Its system implementation, so-called iGeoStat, generates parameterized typical environments that account for the indoor spatial variations, then simulates radio propagation based on the physical interaction between electromagnetic waves and material properties. This framework is not dedicated to a particular environment, material, frequency or use case and aims to statistically understand the influence of indoor environment parameters on mmWave propagation properties, especially coverage, SINR, and path loss.iGeoStat's system implementation raises numerous computational challenges that we solve by formulating an adapted link budget and designing new memory optimization algorithms. The first simulation results for two major 5G applications (fixed wireless access and industry 4.0) are validated with measurement data and show the efficiency of iGeoStat to simulate multiple diffusion in realistic environments, within a reasonable amount of time and memory resources. Generated output maps confirm that diffusion has a critical impact on indoor mmWave propagation and that proper physical modeling is of the utmost importance to generate relevant propagation models.Using iGeoStat, the main propagation parameters are investigated in various scenarios, showing that the complex refractive index of the indoor material has a moderate impact on the received power, while its surface roughness parameter has a major impact and may completely change the power profile in the environment. Various acceleration techniques are also presented in this work where we show through the simulation results that the performance of iGeoStat can be further enhanced and that we can achieve at least 50% reduction in time simulation and memory usage without impacting the physical aspect of propagation

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Labidi, Wael. "Smart grid-aware radio engineering in 5G mobile networks." Electronic Thesis or Diss., Université Paris-Saclay (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019SACLL006.

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Abstract:

La demande en énergie dans les réseaux de téléphonie mobile augmente en raison de l’émergence de nouvelles technologies et de nouveaux services aux exigences de plus en plus élevées (débits de données, délais, etc.). Dans ce contexte, l'opérateur de réseau mobile (ORM) doit fournir d'avantage de ressources radio et de capacité de traitement dans son réseau, entraînant ainsi des coûts financiers plus élevés. L’ORM n’a pas d’autre choix que de mettre en œuvre des stratégies d’économie d’énergie sur plusieurs niveaux de son infrastructure, notamment au niveau du réseau d’accès radio (RAN).En parallèle, le réseau électrique devient plus intelligent, avec de nouvelles fonctionnalités pour équilibrer l'offre et la demande en faisant varier les prix de l'électricité, permettant ainsi à certains agrégateurs d'énergie de faire partie du processus d'approvisionnement et en signant des accords de réponse à la demande avec ses clients les plus important. Dans le contexte d'un réseau électrique intelligent et fiable, l'ORM, qui compte des milliers de evolved NodeB (eNB) répartis sur tout le pays, doit jouer un rôle majeur dans le réseau en agissant en tant que consommateur potentiel capable de vendre de l'électricité. Toutefois, dans les pays d'Afrique subsaharienne, le réseau peut ne pas être fiable, voire même inexistant, l'ORM n'a d'autre choix que de déployer une centrale électrique virtuelle (VPP) qui l'alimente partiellement ou totalement.Dans cette thèse, nous étudions les interactions entre l’opérateur de réseau et le réseau électrique, qu’il soit fiable ou non, dans les pays développés comme dans les pays en cours de développement. Nous étudions la gestion optimale de l'énergie à long et à court terme, dans le but de minimiser le coût total de possession (TCO) en énergie de l'opérateur par station de base, qui correspond à la somme de ses dépenses d'investissement (CAPEX) et de ses dépenses opérationnelles (OPEX), en assurant la satisfaction des besoins croissants en trafic de ses utilisateurs dans la cellule.L'étude à long terme nous permet de prendre des décisions d'investissement semestrielles pour le dimensionnement de la batterie et des sources énergies renouvelables, en tenant compte de la dégradation des performances des équipements, des prévisions de la croissance du trafic des utilisateurs et de l'évolution du marché de l'électricité sur une longue période de temps comptée en années.Dans le cas où elle est alimentée par un réseau intelligent fiable, la politique à court terme aide l’opérateur à définir quotidiennement une stratégie de gestion optimale de la batterie assurant l'arbitrage ou à le trading d’électricité tout en exploitant les fluctuations horaires des prix de l’électricité afin de minimiser la facture énergétique journalière de l'ORM tout en respectant certaines règles d'utilisation de ces équipements.Dans le cas d'un réseau électrique non fiable ou complètement inexistant, l'opérateur est alimenté par des sources hybrides couplant stockage (batteries), générateurs diesel, énergie solaire et le réseau électrique si ce dernier est opérationnel. Ici, nous définissons un ordre de priorité fixe sur l’utilisation de ces sources qui vise à étendre la durée de vie de la batterie et maintenir ses performances The energy demand in mobile networks is increasing due to the emergence of new technologies and new services with higher requirements (data rates, delays, etc). In this context, the Mobile Network Operator (MNO) has to provide more radio and processing resources in its network leading for higher financial costs. The MNO has no choice but to implement energy saving strategies in all the parts of its infrastructure and especially at the Radio Access Network (RAN).At the same time, the electrical grid is getting smarter including new functionalities to balance supply and demand by varying the electricity prices, allowing some aggregators to be part of the supply process and signing demand response agreements with its clients. In the context of reliable smart grid, the MNO having thousands of evolved NodeB (eNB) spread over all the country, has to play major role in the grid by acting as a prosumer able to sell electricity. In African Sub-Saharan countries however, the grid may be not reliable or even non existent, the MNO has no choice but to deploy a Virtual Power Plant (VPP) and rely partially or totally on it.In this thesis, we study the interactions between the network operator and the grid either reliable or not in both developed and developing countries. We investigate both long term and short term optimal energy related management, with the aim of minimising the operator's Total Cost of Ownership (TCO) for energy per base station which is the sum of its Capital Expenditure (CAPEX) and Operational Expenditure (OPEX) while satisfying the growing needs of its user traffic in the cell.The long term study enables us to make semestral based investment decisions for the battery and renewable energy sources dimensioning considering equipment performance degradation, predictions on users traffic growth and electricity market evolution over a long period of time counted in years.In the case of being powered by a reliable smart grid, the short term policy helps the operator to set on a daily basis, an optimal battery management strategy by performing electricity arbitrage or trading that takes advantage of the electricity prices hourly fluctuations in order to minimize the MNO daily energy bill while respecting some rules on the usage of its equipments.In the case of a non reliable or off-grid environment, the operator is powered by hybrid sources coupling storage, diesel generators, solar power and the grid if the latter is operational. Here, we define a fixed order of priority on the use of these sources that extends the battery lifetime and maintain its performance

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Bakri, Sihem. "Towards enforcing network slicing in 5G networks." Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2021. http://www.theses.fr/2021SORUS067.

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Abstract:

Les architectures de réseaux sans fil actuelles, de type « une taille pour tous », ne peuvent pas prendre en charge ces critères de services hétérogènes de nouvelle génération 5G. Par conséquent, la recherche autour de la 5G vise à fournir des architectures et des mécanismes plus adéquats pour répondre à ce besoin. L'architecture 5G est conçue pour répondre aux exigences variées et contradictoires des services, en termes de latence, de bande passante et de fiabilité, qui ne peuvent être assurées par la même infrastructure du réseau. Dans ce contexte, le découpage du réseau fourni par la virtualisation du réseau permet de diviser l'infrastructure en différentes tranches, chaque tranche est adaptée aux besoins spécifiques des services, où elle permet à différents services (comme l'automobile, l'Internet des objets...) d'être fournis par différentes instances de la tranche du réseau. Les chercheurs ont défini trois grandes classes de services de découpage en réseau, qui sont: enhanced Mobile BroadBand (eMBB), massive Machine Type Communication (mMTC), and ultra-Reliable and Low-Latency Communication (uRLLC). L'un des principaux défis du déploiement des tranches de réseau est le découpage du réseau d'accès radio (RAN). En effet, la gestion des ressources RAN et leur partage entre les tranches de réseau est une tâche particulièrement difficile. Cette thèse propose des solutions qui visent à améliorer les performances du réseau et d'introduire de la flexibilité et une plus grande utilisation des ressources du réseau, en fournissant de manière précise et dynamique aux tranches de réseau activées les quantités de ressources appropriées pour répondre à leurs divers besoins The current architecture “one size fits all” of 4G network cannot support the next-generation 5G heterogeneous services criteria. Therefore, research around 5G aims to provide more adequate architectures and mechanisms to deal with this purpose. The 5G architecture is envisioned to accommodate the diverse and conflicting demands of services in terms of latency, bandwidth, and reliability, which cannot be sustained by the same network infrastructure. In this context, network slicing provided by network virtualization allows the infrastructure to be divided into different slices. Each slice is tailored to meet specific service requirements allowing different services (such as automotive, Internet of Things, etc.) to be provided by different network slice instances. Each of these instances consists of a set of virtual network functions that run on the same infrastructure with specially adapted orchestration. Three main service classes of network slicing have been defined by the researchers as follows: Enhanced Mobile Broadband (eMBB), massive Machine Type Communication (mMTC), and ultra-Reliable and Low-Latency Communication (uRLLC). One of the main challenges when it comes to deploying Network Slices is slicing the Radio Access Network (RAN). Indeed, managing RAN resources and sharing them among Network Slices is an increasingly difficult task, which needs to be properly designed. This thesis proposes solutions that aim to improve network performance, and introduce flexibility and greater utilization of network resources by accurately and dynamically provisioning the activated network slices with the appropriate amounts of resources to meet their diverse requirements

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Sid-Otmane, Jonathan. "A study of data consistency constraints in 5G, applied to limiting resource usage in network slices." Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2021. http://www.theses.fr/2021SORUS537.

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Abstract:

La spécification du réseau 5G requiert des propriétés ACID (Atomicity, Consistency, Isolation, Durability) pour sa base de données distribuée. D’après le théorème de CAP, ce niveau de cohérence est incompatible avec un système géo-distribué de haute disponibilité. Les réseaux mobiles étant sujets à des obligations de disponibilité, cette contradiction remet en question la spécification. Notre thèse se concentre sur une étude de l’usage des données dans le réseau qui nous permet d’en extraire des propriétés de cohérence plus faibles que ACID mais suffisantes pour que ces données restent correctes. Dans le cas du Network Slicing, une innovation propre aux réseaux 5G, nous proposons une étude plus approfondie de l’application d’une de ces propriétés, à travers l’exemple d’une limite qui borne globalement l’utilisation des ressources du réseau pour un slice. Les données liées à une slice sont potentiellement largement distribuées, et l’application d’une limite y est donc plus difficile. Nous proposons plusieurs algorithmes placés à différents niveaux de cohérence afin d’étudier leur performance dans une simulation du réseau 5G The 5G network specification requires ACID properties (Atomicity, Consistency, Isolation, Durability) for its distributed database. According to the CAP theorem, these properties are incompatible with high availability for a geo-distributed system. Since availability is an obligation for mobile networks, this contradiction challenges the specification. Our thesis focus on a study of the usage of data in the network that allow us to extract weaker consistency properties that are still sufficient to maintain the correctness of the data. In the case a Network Slicing, an innovation of the 5G network, we propose to study further the enforcement of one of these properties, through the example of the enforcement of a global limit on the resource usage of a slice. Slices are deployed over a potentially large are, and so is their data, which make the enforcement of a limit more challenging. We propose several algorithms placed at different points of the consistency spectrum and study their performance in a simulation of the 5G network

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Boutigny, François. "Multidomain virtual network embedding under security-oriented requirements applied to 5G network slices." Electronic Thesis or Diss., Institut polytechnique de Paris, 2019. http://www.theses.fr/2019IPPAS002.

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Abstract:

La 5G apporte un nouveau concept, le network slicing (découpage du réseau en tranches). Cette technologie permet de généraliser le modèle économique des MVNO à des entreprises qui ont besoin d’opérer un réseau, sans que cela ne soit leur cœur de métier. Chaque tranche (slice) est un réseau virtuel de bout en bout, dédié et personnalisé, au-dessus d’une infrastructure partagée ; cette infrastructure elle-même être fournie par l’interconnexion de fournisseurs d’infrastructure: nous parlons dans ce cas d’infrastructure multi-domaine.L’objectif de cette thèse est d’étudier l’allocation de ces tranches dans une telle infrastructure multi-domaine. Le problème est connu comme l’incorporation de réseau virtuel (Virtual Network Embedding (VNE)). Il s’agit d’un problème NP-difficile. Pratiquement, le problème VNE recherche à quelles ressources physiques associer un ensemble d’éléments virtuels. Les ressources physiques décrivent ce qu’elles peuvent offrir. Les éléments virtuels décrivent ce qu’ils exigent. La mise en relation de ces offres et de ces demandes est la clé pour résoudre le problème VNE.En l’espèce, nous nous sommes intéressés à la modélisation et à la mise en place d’exigences de sécurité. En effet, nous nous attendons à ce que les acteurs à l’initiative des tranches appartiennent à des sphères éloignées des télécommunications. Or de la même façon qu’ils connaissent peu ce domaine, nous pouvons nous attendre à ce que leurs besoins, notamment de sécurité, s’expriment d’une façon sans précédent dans le contexte des tranches.Cette thèse présente un algorithme capable de traiter des exigences variées selon un modèle extensible fondé sur un solveur de satisfiabilité appliqué à des théories décidables (Satisfiability Modulo Theories (SMT)). Comparée à la programmation linéaire (Integer Linear Programming (ILP)), plus commune dans le domaine des VNE, cette formulation permet d’exprimer les contraintes à satisfaire de façon plus transparente, et d’auditer l’ensemble des contraintes.De plus, ayant conscience que les fournisseurs d’infrastructure sont réticents à exposer les informations relatives à leurs ressources physiques, nous proposons une résolution limitant cette exposition. Ce système a été implémenté et testé avec succès au cours du doctorat 5G brings a new concept called network slicing. This technology makes it possible to generalize the business model of MVNOs to companies in need to operate a network, without it being their core business. Each slice is an end-to-end, dedicated and customized virtual network, over a shared infrastructure; this infrastructure itself is provided by the interconnection of infrastructure providers: we refer to this case as a multi-domain infrastructure.The objective of this thesis is to study the allocation of these slices in such a multi-domain infrastructure. The problem is known as Virtual Network Embedding (VNE). It is an NP-hard problem. Practically, the VNE problem looks for which physical resources to associate a set of virtual elements. Physical resources describe what they can offer. Virtual elements describe what they require. Linking these offers and requests is the key to solve the VNE problem.In this thesis, we focused on modeling and implementing security requirements. Indeed, we expect that the initiators of the slices belong to areas distant from telecommunications. In the same way that they know little about this field, we can expect that their needs, especially in security, are novel in the slice context.This thesis presents an algorithm able to handling various requirements, according to an extensible model based on a Satisfiability Modulo Theories (SMT) solver. Compared to Integer Linear Programming (ILP), more common in the VNE field, this formulation allows to express the satisfaction constraints in a more transparent way, and allows to audit all the constraints.Moreover, being aware that infrastructure providers are reluctant to disclose information about their physical resources, we propose a resolution limiting this disclosure. This system has been successfully implemented and tested during the Ph.D

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Behrad, Shanay. "Slice specific authentication and access control for 5G." Electronic Thesis or Diss., Institut polytechnique de Paris, 2020. http://www.theses.fr/2020IPPAS007.

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Abstract:

La cinquième génération de réseaux cellulaires mobiles, 5G, est conçue pour prendre en charge un ensemble de nouveaux cas d'utilisation et exigences, par exemple concernant la qualité de service ou la sécurité. En utilisant les technologies de virtualisation et le concept de découpage de réseau, les opérateurs de réseau 5G seront en mesure de fournir des capacités de connectivité spécifiques afin de prendre en charge ces différents cas d'utilisation. Chaque tranche de réseau (network slice) peut être dédiée à un tiers (c'est-à-dire tout acteur commercial qui n'est pas l'opérateur de réseau) et être conçue pour répondre à ses besoins.Cependant, bien que les tranches de réseau puissent être conçues en activant ou en désactivant certaines fonctions réseau, les mécanismes d'authentification et de contrôle d'accès (AAC) restent les mêmes pour toutes les tranches, avec des composants réseau étroitement couplés.Cette thèse propose 5G-SSAAC (5G Slice-Specific AAC), comme première étape pour introduire une conception à couplage plus lâche dans l'ensemble de l'architecture de réseau 5G. 5G-SSAAC permet aux réseaux 5G de fournir divers mécanismes AAC aux tiers selon leurs exigences de sécurité. Pour évaluer ce mécanisme innovant, la thèse analyse les conséquences de l'utilisation du 5G-SSAAC sur la sécurité de l'ensemble du système 5G. La faisabilité du 5G-SSAAC est également présentée avec la mise en œuvre d'un réseau mobile entièrement virtualisé via un banc d'essai basé sur OAI (Open Air Interface). Ce travail évalue enfin l'impact du mécanisme 5G-SSAAC sur la charge du réseau compte tenu du nombre prévu de messages de signalisation AAC par rapport aux mécanismes AAC existants dans les réseaux cellulaires The fifth generation of mobile cellular networks, 5G, is designed to support a set of new use cases and requirements, e.g. concerning quality of service or security. Using the virtualization technologies and the concept of network slicing, the 5G network operators will be able to provide specific connectivity capabilities in order to support these various use cases. Each network slice can be dedicated to a 3rd party (i.e., any business actor that is not the network operator), and be designed to fit its requirements.However, although network slices can be designed by enabling or disabling certain network functions, the Authentication and Access Control (AAC) mechanisms remain the same for all slices, with tightly coupled network components.This thesis proposes 5G-SSAAC (5G Slice-Specific AAC), as an initial step to introduce a more loosely coupled design into the whole 5G network architecture. 5G-SSAAC enables 5G networks to provide various AAC mechanisms to the 3rd parties according to their security requirements. To assess this innovative mechanism, the thesis analyses the consequences of using the 5G-SSAAC on the security of the whole 5G system. The feasibility of the 5G-SSAAC is also presented with the implementation of a fully virtualized mobile network through an OAI (Open Air Interface) based testbed. This work finally evaluates the impact of 5G-SSAAC mechanism on the network load considering the anticipated number of AAC signalling messages compared to the existing AAC mechanisms in cellular networks

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Koirala, Remun. "Fonctions conjointes de localisation et de communication dans les réseaux 5G en bandes millimétriques." Thesis, Rennes 1, 2020. http://www.theses.fr/2020REN1S005.

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Abstract:

Dans ce travail de thèse, on se proposait d’explorer les synergies inhérentes entre services de radiolocalisation et de communication au sein de systèmes sans fil en bandes millimétriques (mm-Wave). Ces derniers sont actuellement pressentis pour couvrir les besoins de la cinquième génération (5G) de réseaux en termes de débits et de charges utiles. Un objectif général consistait alors à montrer comment ces deux fonctions pouvaient s’avérer mutuellement bénéfiques. Tout d'abord, nous avons étudié comment la formation de faisceau (au sens du pré-codage) pouvait contribuer à améliorer les performances de localisation, pour des systèmes multi-porteuses mono- et multi-utilisateurs. En particulier, en s’appuyant sur les performances théoriques de localisation au sens de la limite inférieure de Cramér-Rao (CRLB), nous avons montré qu'il était possible, au moyen d’une formation de faisceau optimisée, d’améliorer l'estimation de variables radio intermédiaires, telles que le délai, l'angle de départ (AoD) et/ou l'angle d'arrivée (AoA) du signal transmis, et in fine, l’estimation de la position et/ou de l’orientation du mobile. Nous avons ensuite considéré le problème de la coexistence des deux services, en envisageant différentes stratégies de budgétisation et de partage de ressources, en temps et en fréquence. A cette occasion, nous avons illustré la présence de compromis non-triviaux entre les performances de localisation et de communication. Nous avons alors proposé des schémas d’allocation de ressources et d’optimisation des faisceaux (en termes de largeur et/ou d’alignement), permettant d’assurer conjointement le meilleur niveau de performances pour les deux services. Nous avons enfin étudié la possibilité d’exploiter explicitement l’information de localisation ainsi acquise, en particulier pour l'accès initial, l’estimation de canaux multi-trajets, ou encore la localisation et la cartographie simultanées (SLAM). En comparaison d’approches plus conventionnelles, nous avons montré comment les performances de telles applications pouvaient être améliorées en termes de précision, de latence et/ou de complexité calculatoire In this thesis, we investigate different facets of localization and communication services motivated by the symbiosis between them in the millimeter wave (mm-Wave) context for the fifth generation (5G) of wireless communications. Our aim is twofold: first, show that this duality is mutually beneficial to both services, and second, aim towards a co-existence to capture these benefits in order to bring forth mm-Wave as a strong contender for 5G. First, we look into how beamforming, an integral part of mm-Wave communications, can aid in improving the localization performance. After characterizing the localization performance in terms of Cramer-Rao lower bound (CRLB), we show that with optimized beamforming, the estimation of localization variables (delay, angle of departure (AoD) and angle of arrival (AoA)) improves. Then we consider the problem of co-existence of the two services together in the same system while sharing time and frequency resources. We study the non-trivial trade-off between the performances of the two services during this resource budgeting. Then, relying on this trade-off, we design an optimal resource allocation scheme while also optimizing the beamwidth in order to ascertain high performance in terms of both localization and communication. In the same context, we also look into different applications of this improved location information namely initial access, channel estimation and simultaneous localization and communication (SLAM). We show that the related performances improve in terms of quality, latency and/or complexity in comparison to the conventional methods

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Alawe, Imad. "Architectures evaluation and dynamic scaling for 5G mobile core networks." Thesis, Rennes 1, 2018. http://www.theses.fr/2018REN1S119/document.

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Abstract:

Afin de répondre aux besoins de la 5G, nous évaluons plusieurs visions du cœur de réseau. Nous comparons les performances des visions en mesurant le temps nécessaire pour établir le service pour l’utilisateur. De plus, nous proposons dans cette thèse un algorithme basé sur la théorie du contrôle permettant d’équilibrer la charge entre les instances AMF, et d’augmenter ou de diminuer le nombre d’instances AMF en fonction de la charge du réseau. En outre, nous proposons un nouveau mécanisme pour adapter les ressources du réseau cœur 5G en anticipant les évolutions, de la charge de trafic, grâce à des prédictions via des approches de machine learning. Enfin, nous proposons une solution pour généraliser les réseaux de neurones tout en accélérant le processus In order to fulfil the needs of 5G, we evaluate, using a testbed, multiple visions of core networks. We compare the performances of the visions in terms of the time needed to create the user data plane. In addition, we provide an algorithm based on Control Theory allowing to equilibrate the load on the AMF instances, and to scale out or in the AMF instances depending on the network load. Also, we propose a novel mechanism to scale 5G core network resources by anticipating traffic load changes through forecasting via deep learning approaches. Finally, we propose a novel solution to generalize neural networks while accelerating the learning process

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Alaji, Issa. "Design and characterization of power detectors in 55-nm BiCMOS technology for 5G and THz applications." Thesis, Lille, 2020. http://www.theses.fr/2020LILUI080.

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Abstract:

Les détecteurs de puissance sont les blocs clés pour établir la mesure de puissance. Par conséquent, ils sont considérés parmi les circuits les plus importants dans de nombreuses applications micro-ondes et ondes millimétriques (telles que les systèmes de télécommunication, les équipements médicaux, les systèmes radar, etc.). Dans ce contexte, ce manuscrit présente la conception, la caractérisation et l'analyse théorique de différents détecteurs de puissance basés sur la technologie BiCMOS 55-nm de STMicroelectronics, dans différentes bandes de fréquences, et cela pour plusieurs applications. Pour les applications 5G dans la bande (35-55) GHz, des détecteurs ajustables sont conçus pour être utilisés dans différentes domaines, surtout que leurs paramètres peuvent être ajustés. En outre, plusieurs topologies de détecteurs non polarisés sont conçues pour aider à améliorer l'efficacité énergétique des équipements 5G comme IoT. Cela peut être réalisé en utilisant ces détecteurs dans des circuits d’«envelope tracking» qui réduisent la consommation d'énergie des amplificateurs de puissance. Deux détecteurs à fréquence compensée dans les bandes de fréquences (140-220) GHz et (450-600) GHz sont conçus pour fournir une valeur de sensibilité stable et élevée sur toute la bande passante d'intérêt. Ces détecteurs peuvent être utilisés pour la mesure de puissance sur puce pour augmenter l'efficacité de mesure à telles fréquences élevées. Ces détecteurs peuvent également être utilisés dans des applications THz telles que l'imagerie THz et les radars. Certains détecteurs de ce travail atteignent des performances à l’état de l’art dans plusieurs bandes de fréquences, cela grâce à leurs conceptions originales exécutées en technologie STMicroelectronics Power detectors are the key blocks to establish the power measurement. Therefore, they are considered among the most important circuits in many microwave and millimeter wave applications (such as communication systems, medical equipments, radar systems, etc.). In this context, this thesis presents the design, characterization and theoretical analysis of different diode based power detectors, built in 55nm-BiCMOS technology from STMicroelectronics, in different frequency bands, towards different applications. For 5G applications in the frequency band (35-55) GHz, tunable detectors are designed to be used in different applications, since their parameters can be adjusted. In addition, several topologies of zero bias detectors are designed to help improving the efficiency in the 5G and IoT devices. This can be realized by employing those detectors in envelop tracking circuits which reduce the power consumption of power amplifiers. Two frequency compensated detectors in the frequency bands (140-220) GHz and (450-600) GHz are designed providing stable and high sensitivity value over the whole frequency band of interest. These detectors can be used for on-chip power detection which helps increasing the power measurement efficiency at such high frequencies. These detectors can be also used in THz applications such as THz imaging and radars. Some detectors in this work reach the state of the art performances in several frequency bands, thanks to their original designs executed in STMicroelectronics technology

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Despoisse, Thibaut. "5G 28 GHz high efficiency integrated phased array transceivers." Thesis, Bordeaux, 2020. http://www.theses.fr/2020BORD0151.

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Abstract:

Actuellement, nous atteignons les limites de la quatrième génération de télécommunications mobiles (4G), notamment en termes de débit disponible et de nombre d’utilisateurs maximal. Une nouvelle génération (5G) est en cours de développement pour répondre à ces besoins. Elle adressera différent cas d’usages : l’internet des objets, les communications à ultra-haut débit ainsi que des applications plus critiques telles que les véhicules autonomes ou la chirurgie à distance. Les exigences étant bien supérieures aux capacités actuelles du réseau, des solutions de rupture ont été proposées.Dans ce travail, nous avons proposé une nouvelle méthode de dimensionnement des systèmes 5G adressant les communications à très haut débit en bande Ka. Différentes architectures permettant de répondre aux spécifications définies ont été étudiées. Nous avons ensuite mis au point une méthode pour comparer leurs performances par rapport à leur consommation énergétique afin de choisir le système le plus adapté. Enfin, nous avons choisi et caractérisé une technologie CMOS avancée afin de réaliser certaines parties de ces systèmes. Nous avons conçu des commutateurs RF et des amplificateurs faible bruit intégrés, adressant les fréquences millimétriques The limitations of the current mobile telecommunication generation (4G) are actually reached. Indeed, the available data rate and the maximum number of users are no longer sufficient. A new generation (5G) is being developed to cope with these needs. It will target different use cases: internet of things, ultra-high data rate communications, and some critical applications such as autonomous vehicles or remote surgery. The needs are much higher than the existing network capabilities. So, innovative solutions have been proposed.In this thesis work, a new sizing methodology has been developed for 5G systems. It is applied to the Ka-band high data rate communication use case. Several architectures which meet the defined specifications have been studied. A methodology has been implemented to compare their performances depending to their power consumption. Thus, the best suitable architecture for the targeted use case is chosen. Finally, an advanced CMOS technology has been chosen and characterized in order to realize parts of the 5G system. RF switches and low noise amplifier operating in the Ka-band have been designed

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Labidi, Wael. "Smart grid-aware radio engineering in 5G mobile networks." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019SACLL006/document.

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Abstract:

La demande en énergie dans les réseaux de téléphonie mobile augmente en raison de l’émergence de nouvelles technologies et de nouveaux services aux exigences de plus en plus élevées (débits de données, délais, etc.). Dans ce contexte, l'opérateur de réseau mobile (ORM) doit fournir d'avantage de ressources radio et de capacité de traitement dans son réseau, entraînant ainsi des coûts financiers plus élevés. L’ORM n’a pas d’autre choix que de mettre en œuvre des stratégies d’économie d’énergie sur plusieurs niveaux de son infrastructure, notamment au niveau du réseau d’accès radio (RAN).En parallèle, le réseau électrique devient plus intelligent, avec de nouvelles fonctionnalités pour équilibrer l'offre et la demande en faisant varier les prix de l'électricité, permettant ainsi à certains agrégateurs d'énergie de faire partie du processus d'approvisionnement et en signant des accords de réponse à la demande avec ses clients les plus important. Dans le contexte d'un réseau électrique intelligent et fiable, l'ORM, qui compte des milliers de evolved NodeB (eNB) répartis sur tout le pays, doit jouer un rôle majeur dans le réseau en agissant en tant que consommateur potentiel capable de vendre de l'électricité. Toutefois, dans les pays d'Afrique subsaharienne, le réseau peut ne pas être fiable, voire même inexistant, l'ORM n'a d'autre choix que de déployer une centrale électrique virtuelle (VPP) qui l'alimente partiellement ou totalement.Dans cette thèse, nous étudions les interactions entre l’opérateur de réseau et le réseau électrique, qu’il soit fiable ou non, dans les pays développés comme dans les pays en cours de développement. Nous étudions la gestion optimale de l'énergie à long et à court terme, dans le but de minimiser le coût total de possession (TCO) en énergie de l'opérateur par station de base, qui correspond à la somme de ses dépenses d'investissement (CAPEX) et de ses dépenses opérationnelles (OPEX), en assurant la satisfaction des besoins croissants en trafic de ses utilisateurs dans la cellule.L'étude à long terme nous permet de prendre des décisions d'investissement semestrielles pour le dimensionnement de la batterie et des sources énergies renouvelables, en tenant compte de la dégradation des performances des équipements, des prévisions de la croissance du trafic des utilisateurs et de l'évolution du marché de l'électricité sur une longue période de temps comptée en années.Dans le cas où elle est alimentée par un réseau intelligent fiable, la politique à court terme aide l’opérateur à définir quotidiennement une stratégie de gestion optimale de la batterie assurant l'arbitrage ou à le trading d’électricité tout en exploitant les fluctuations horaires des prix de l’électricité afin de minimiser la facture énergétique journalière de l'ORM tout en respectant certaines règles d'utilisation de ces équipements.Dans le cas d'un réseau électrique non fiable ou complètement inexistant, l'opérateur est alimenté par des sources hybrides couplant stockage (batteries), générateurs diesel, énergie solaire et le réseau électrique si ce dernier est opérationnel. Ici, nous définissons un ordre de priorité fixe sur l’utilisation de ces sources qui vise à étendre la durée de vie de la batterie et maintenir ses performances The energy demand in mobile networks is increasing due to the emergence of new technologies and new services with higher requirements (data rates, delays, etc). In this context, the Mobile Network Operator (MNO) has to provide more radio and processing resources in its network leading for higher financial costs. The MNO has no choice but to implement energy saving strategies in all the parts of its infrastructure and especially at the Radio Access Network (RAN).At the same time, the electrical grid is getting smarter including new functionalities to balance supply and demand by varying the electricity prices, allowing some aggregators to be part of the supply process and signing demand response agreements with its clients. In the context of reliable smart grid, the MNO having thousands of evolved NodeB (eNB) spread over all the country, has to play major role in the grid by acting as a prosumer able to sell electricity. In African Sub-Saharan countries however, the grid may be not reliable or even non existent, the MNO has no choice but to deploy a Virtual Power Plant (VPP) and rely partially or totally on it.In this thesis, we study the interactions between the network operator and the grid either reliable or not in both developed and developing countries. We investigate both long term and short term optimal energy related management, with the aim of minimising the operator's Total Cost of Ownership (TCO) for energy per base station which is the sum of its Capital Expenditure (CAPEX) and Operational Expenditure (OPEX) while satisfying the growing needs of its user traffic in the cell.The long term study enables us to make semestral based investment decisions for the battery and renewable energy sources dimensioning considering equipment performance degradation, predictions on users traffic growth and electricity market evolution over a long period of time counted in years.In the case of being powered by a reliable smart grid, the short term policy helps the operator to set on a daily basis, an optimal battery management strategy by performing electricity arbitrage or trading that takes advantage of the electricity prices hourly fluctuations in order to minimize the MNO daily energy bill while respecting some rules on the usage of its equipments.In the case of a non reliable or off-grid environment, the operator is powered by hybrid sources coupling storage, diesel generators, solar power and the grid if the latter is operational. Here, we define a fixed order of priority on the use of these sources that extends the battery lifetime and maintain its performance

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Mursia, Placido. "Multi-antenna methods for scalable beyond-5G access networks." Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2021. http://www.theses.fr/2021SORUS532.

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L’augmentation exponentielle des équipements d’utilisateurs sans fil (UEs) et des services des réseaux associés aux déploiements actuels de cinquième génération (5G) pose plusieurs défis de conception sans précédent qui doivent être résolus avec l’avènement des futurs réseaux au-delà de la 5G. Plus précisément, la demande croissante de débits de données élevés ainsi que la nécessité de desservir un grand nombre d’appareils hétérogènes, allant des téléphones mobiles classiques aux objets connectés formant l’internet des objets (IoT), motivent l’étude de nouveaux schémas de traitement et de transmission du signal. À cet égard, les sorties multiples massives à entrées multiples (massive MIMO) sont une technologie d’accès bien établie, qui permet de desservir plusieurs dizaines d’UEs en utilisant lesmêmes ressources temps-fréquence au moyen de techniques de formation de faisceau hautement directionnelles. Cependant, le massive MIMO présente des problèmes d’évolutivité dans les scénarios accès massif où la population UE est composée d’un grand nombre de périphériques hétérogènes. En effet, si la disponibilité d’un grand nombre d’antennes dans les émetteurs-récepteurs massive MIMO apporte des gains de performances substantiels, elle augmente également considérablement la surcharge et la complexité du système. Plus précisément, la dimensionnalité élevée des canaux nécessite l’allocation de ressources temps-fréquence considérables pour acquérir les informations d’état de canal (CSI) et se traduit par de grandes opérations matricielles pour construire des précodeurs/décodeurs. De plus, dans le contexte de communications de multidiffusion comme, par exemple, la mise en cache périphérique sans fil ou la diffusion de messages critiques pour la mission, les techniques d’antennes multiples conventionnelles présentent des taux de disparition lorsque le nombre d’UEs augmente même dans le régime d’antenne massif. Enfin, le grand nombre de chaînes de radiofréquences (RF) associées aux émetteurs-récepteurs massive MIMO, qui sont utilisés pour contrer les pertes de propagation dans des environnements difficiles tels que, par exemple, à des fréquences d’ondes millimétriques (mmWave), se heurte au budget de puissance limité des appareils IoT. Dans cette thèse, nous proposons de nouvelles méthodes à antennes multiples évolutives pour l’amélioration des performances dans les scénarios d’intérêt susmentionnés. Plus précisément, nous décrivons le rôle fondamental joué par le CSI statistique qui peut être mis à profit pour réduire à la fois la complexité et la surcharge pour l’acquisition de CSI et pour la suppression des interférences multi-utilisateurs. En effet, lorsque les UEs sont équipés au moins de duex antennes, leurs propriétés de sélectivité spatiale peuvent être exploitées pour imposer une orthogonalité statistique parmi les transmissions interférentes. De plus, nous exploitons les communications de périphérique à périphérique (D2D) pour surmonter le goulot d’étranglement fondamental de la multidiffusion conventionnelle. En particulier, nous exploitons les capacités de précodage d’un émetteur multi-antennes pour sélectionner soigneusement les UEs dans des conditions de canal favorables, qui à leur tour agissent comme des relais opportunistes et retransmettent le message via les liaisons D2D. Enfin, dans le cadre des communications mmWave, nous explorons les avantages des surfaces intelligentes reconfigurables (RISs) récemment proposées, qui sont un catalyseur clé de l’innovation grâce à leur structure intrinsèquement passive qui permet de contrôler l’environnement de propagation et de contrer efficacement les pertes de propagation. En particulier, nous utilisons la formation de faisceaux passive au niveau du RIS, c’est-à-dire sans aucune dépense d’énergie significative, ainsi que la formation de faisceaux active conventionnelle au niveau de l’émetteur pour augmenter considérablement les performances du réseau The exponential increase of wireless user equipments (UEs) and network services associated with current 5G deployments poses several unprecedented design challenges that need to be addressed with the advent of future beyond-5G networks and novel signal processing and transmission schemes. In this regard, massive MIMO is a well-established access technology, which allows to serve many tens of UEs using the same time-frequency resources. However, massive MIMO exhibits scalability issues in massive access scenarios where the UE population is composed of a large number of heterogeneous devices. In this thesis, we propose novel scalable multiple antenna methods for performance enhancement in several scenarios of interest. Specifically, we describe the fundamental role played by statistical channel state information (CSI) that can be leveraged for reduction of both complexity and overhead for CSI acquisition, and for multiuser interference suppression. Moreover, we exploit device-to-device communications to overcome the fundamental bottleneck of conventional multicasting. Lastly, in the context of millimiter wave communications, we explore the benefits of the recently proposed reconfigurable intelligent surfaces (RISs). Thanks to their inherently passive structure, RISs allow to control the propagation environment and effectively counteract propagation losses and substantially increase the network performance

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Diakhate, Cheikh. "Propagation channel modeling at centimeter–and–millimeter–wave frequencies in 5G urban micro–cellular context." Electronic Thesis or Diss., Université Paris-Saclay (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019SACLT017.

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Abstract:

L’émergence des nouvelles applications et services mobiles, nécessitant de plus en plus de débits de communications, contribue à une explosion massive du trafic de données au sein du réseau. Pour faire face à ce challenge, les systèmes millimétriques sont une des technologies identifiées pour les futurs réseaux 5G en raison de la bande passante accrue disponible dans cette plage du spectre. Toutefois, pour tirer pleinement profit de tels systèmes, la connaissance des caractéristiques liées à la propagation des ondes radio dans ces bandes de fréquence est primordiale. Ainsi, dans cette thèse, l’attention est portée sur l’évaluation de la dépendance en fréquence des caractéristiques principales du canal de propagation, généralement décrites par les paramètres dits « large scale parameters (LSPs) ». Ceux–ci incluent les pertes de pénétration, l’étalement temporel ou angulaire du canal et l’affaiblissement moyen du canal. Les études sont basées sur des campagnes de mesures réalisées à Belfort, dans des scénarios de déploiement 5G typiques comme la pénétration à l’intérieur des bâtiments et la propagation en milieu urbain extérieur, entre 3 et 60 GHz The advent of bandwidth–demanding mobile applications and services has led to a massive explosion of the network data traffic. In order to alleviate this issue, millimeter–Wave communications systems are a promising technology for future 5G systems thanks to the large amount of bandwidth available in this frequency range. However, in order to take full advantage of this technology, knowledge of the radio propagation channel characteristics in these frequency bands is paramount. Therefore, in this thesis, the objective is to study the frequency–dependence of the propagation channel large scale parameters (LSPs), which describe the main channel characteristics. These LSPs include the building penetration losses, the channel delay spread, the channel azimuth spread and the propagation path–loss. The studies are performed thanks to measurement campaigns conducted in Belfort, in typical 5G deployment scenarios such as outdoor–to–indoor and urban outdoor environments, between 3 and 60 GHz

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Diakhate, Cheikh. "Propagation channel modeling at centimeter–and–millimeter–wave frequencies in 5G urban micro–cellular context." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019SACLT017/document.

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Abstract:

L’émergence des nouvelles applications et services mobiles, nécessitant de plus en plus de débits de communications, contribue à une explosion massive du trafic de données au sein du réseau. Pour faire face à ce challenge, les systèmes millimétriques sont une des technologies identifiées pour les futurs réseaux 5G en raison de la bande passante accrue disponible dans cette plage du spectre. Toutefois, pour tirer pleinement profit de tels systèmes, la connaissance des caractéristiques liées à la propagation des ondes radio dans ces bandes de fréquence est primordiale. Ainsi, dans cette thèse, l’attention est portée sur l’évaluation de la dépendance en fréquence des caractéristiques principales du canal de propagation, généralement décrites par les paramètres dits « large scale parameters (LSPs) ». Ceux–ci incluent les pertes de pénétration, l’étalement temporel ou angulaire du canal et l’affaiblissement moyen du canal. Les études sont basées sur des campagnes de mesures réalisées à Belfort, dans des scénarios de déploiement 5G typiques comme la pénétration à l’intérieur des bâtiments et la propagation en milieu urbain extérieur, entre 3 et 60 GHz The advent of bandwidth–demanding mobile applications and services has led to a massive explosion of the network data traffic. In order to alleviate this issue, millimeter–Wave communications systems are a promising technology for future 5G systems thanks to the large amount of bandwidth available in this frequency range. However, in order to take full advantage of this technology, knowledge of the radio propagation channel characteristics in these frequency bands is paramount. Therefore, in this thesis, the objective is to study the frequency–dependence of the propagation channel large scale parameters (LSPs), which describe the main channel characteristics. These LSPs include the building penetration losses, the channel delay spread, the channel azimuth spread and the propagation path–loss. The studies are performed thanks to measurement campaigns conducted in Belfort, in typical 5G deployment scenarios such as outdoor–to–indoor and urban outdoor environments, between 3 and 60 GHz

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Salem, Fatma Ezzahra. "Management of advanced sleep modes for energy-efficient 5G networks." Electronic Thesis or Diss., Institut polytechnique de Paris, 2019. http://www.theses.fr/2019IPPAS004.

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Abstract:

La consommation énergétique des réseaux radiomobiles a été une direction de recherche très active au cours de la dernière décennie et ce, pour des raisons économiques ainsi qu'environnementales. Avec l'énorme croissance du trafic ainsi que la multiplication des équipements mobiles, des nouveaux services et des communications Machine à Machine, la nécessité de réduire la consommation énergétique est devenue de plus en plus urgente surtout avec le déploiement des réseaux 5G. Sachant que le réseau d'accès est le plus grand consommateur dans le réseau mobile, en particulier les stations de base qui consomment environ 80% de la consommation totale, nous nous focalisons dans cette thèse sur ce composant. La consommation énergétique des stations de base est composée de deux parties: une partie fixe qui ne varie pas en fonction du trafic et une partie qui en dépend. Notre objectif est de trouver des solutions efficaces permettant de réduire la partie fixe de cette consommation. Une solution prometteuse consiste à mettre la station de base, ou certains de ses composants, en mode veille s'il n'y a pas de trafic à servir. Nous étudions dans cette thèse une technique dite "modes de veille avancés" qui permet d'éteindre les composants de la station de base de manière progressive en fonction du temps nécessaire pour chacun pour se désactiver et se réactiver de nouveau. Ceci introduit différent niveaux de sommeil possibles. En allant d'un niveau à un autre plus profond nous pouvons réaliser plus d'économies d'énergie puisqu'il y a plus de composants qui sont en veille, mais nous introduisons plus d'impact sur le délai s'il y a des demandes de services qui arrivent pendant cette période de veille. L'opérateur doit trouver alors des politiques de gestion efficaces pour gérer ce compromis entre la réduction d'énergie et la minimisation de l'impact sur le délai. Dans ce contexte, nous proposons des méthodes de gestion des modes de veille avancés basées spécifiquement sur des modèles d'apprentissage, à savoir les processus de décision Markoviens et le Q-learning, qui nous permettent de trouver la politique optimale à suivre en fonction des priorités accordées aux deux métriques : la consommation d'énergie et le délai. Nos solutions montrent que les économies d'énergie peuvent atteindre 90% dans le cas d'un faible trafic lorsque la priorité est accordée à la réduction d'énergie. Plus on augmente la contrainte imposée sur le délai, plus la réduction d'énergie diminue, et aussi l'impact sur le délai. Nos résultats montrent que même si la contrainte sur le délai est très forte, nous pouvons aussi avoir des économies d'énergie élevées (environ 50%) alors que l'impact sur le délai devient négligeable The energy consumption of mobile networks has been an active research direction in the last decade for both environmental and economic concerns. With the tremendous growth in the traffic as well as the proliferation of devices and new services and the expansion of Machine to Machine communications, the need to reduce the energy consumption became more and more urgent and was emphasized by the expected 5G roll out. Knowing that the radio access network is the most energy consumer in the network, particularly the base station which consumes around 80% of the global energy consumption, we direct our study towards this component. The energy consumption of the base stations is composed of two parts: a fixed one that does not vary with the load, and a second part which is load-dependent. Our target is to find efficient solutions enabling to reduce the fixed component. One promising solution is to put the base station, or some of its components, into sleep mode whenever there is no traffic to serve. We study in this thesis an Advanced Sleep Mode technique enabling to shut down the base station's components in a gradual manner depending on the time needed for each of them to deactivate and reactivate again. This introduces different possible levels of sleep. Going from one level to a deeper one will help us make more energy savings as we deactivate more components but can also incur a larger delay for the users who request a service when the base station is in sleep mode. The network operator has to find efficient management solutions that can handle this tradeoff between energy consumption reduction that can be achieved by the sleep modes, and the minimization of the corresponding induced delay. To this aim, we propose in this work management solutions based especially on learning techniques, namely Markov Decision Processes and Q-learning, which enable us to find the optimal policy to follow depending on the priorities given to both metrics: energy consumption and delay. Our solutions show that the energy savings can reach 90% in low traffic when priority is given to energy reduction. The more we care about delay, the more energy saving decreases, as is the case for the induced delay. We show that even when we have a strict constraint on the delay, we can still achieve high energy savings (around 50%) while the added delay by the sleep mode is negligible

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Saliba, Danielle. "WIFI Integration with LTE in the Roadmap of 5G Networks." Thesis, Ecole nationale supérieure Mines-Télécom Atlantique Bretagne Pays de la Loire, 2019. http://www.theses.fr/2019IMTA0168.

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Abstract:

Suite à l'augmentation continue du trafic de données mobiles, la technologie 5G a été introduite pour offrir une capacité et un débit de données plus élevé. Ceci impose de nouvelles méthodes pour renforcer les capacités comme l’intégration de petites cellules, ou ajouter des nouvelles fréquences sans licence, autour de 2.4 et 5 GHz des réseaux WiFi pour former les réseaux hétérogènes. Pour ces raisons, la coopération entre WiFi et 4G ou Long Term Evolution (LTE) est nécessaire. Dans cette thèse, différents algorithmes ont été proposés pour assurer une coopération optimale entre WiFi et 4G dans le chemin du système 5G pour les réseaux hétérogènes. Notre premier algorithme calcule la valeur de la charge des canaux de la couche physique du 802.11n. Ayant cette valeur, nous présentons notre second algorithme qui propose de dimensionner un réseau WiFi pour décharger le réseau 4G en transférant les utilisateurs, qui consomment le plus de débits de données, au réseau WiFi. Finalement, nous avons calculé le profit de la coopération entre WiFi et LTE en utilisant la valeur de Shapley Following the continuous increase of the mobile data traffic, the 5G technology has been introduced to offer additional capacity and higher data rate. WiFi APs integration with mobile networks are considered as potential candidate towards the heterogenous networks. We first propose in this thesis an algorithm for the estimation of the WiFi physical channels load through the observation of the non-overlapped channels and estimating as a result the load of the entire physical channels. Then, in our second proposed algorithm, we propose to dimension the WiFi network to offload LTE network and transfer the users that consume the high level of transmission power. The algorithm calculates the minimum needed number of APs that will support the extra offloaded LTE traffic. Finally, we evaluate the benefit of the cooperation by estimating the profit share of LTE and WiFi. We calculate for each player the profit using a coalition game concept based on Shapley value

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Fawaz, Ibrahim. "Offloading strategies for mobile terminals with energy harvesting capabilities." Electronic Thesis or Diss., Université Paris-Saclay (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019SACLT040.

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Abstract:

Aujourd’hui, les communications mobiles sans fil sont en pleine croissance, en raison du grand nombre d’appareils connectés, ce qui augmente considérablement la demande de gros volumes de données, nécessitant des calculs intensifs et entraînant une forte consommation d’énergie. Toutefois, cette expansion des services sans fil est encore entravée par les limitations des terminaux mobiles, en termes de capacité de traitement, de stockage et d’énergie. Récemment, le Mobile Edge Computing (MEC) et la récupération d’énergie (EH) ont été proposés comme des technologies prometteuses pour prolonger la durée de vie des batteries des appareils mobiles et améliorer leurs capacités de traitement. D’une part, le MEC permet de décharger les tâches de calcul des appareils mobiles vers une station de base voisine avec plus d’énergie et de ressources de traitement. D’autre part, l’EH exploite des sources d’énergie alternatives et renouvelables pour alimenter les appareils mobiles. Cependant, la nature stochastique des énergies renouvelables peut entraîner des pénuries d’énergie. Dans ce cas, les performances du système peuvent être dégradées en raison de la perte de paquets ou d’une latence intolérable. Afin de garantir la durabilité du système, des politiques de transmission efficaces sous les contraintes de l’EH sont nécessaires. Dans cette thèse, nous étudions la planification conjointe des ressources et le déchargement des calculs dans un système MEC monoutilisateur fonctionnant avec des dispositifs basés sur l’EH. La contribution principale de ce travail est l’introduction de la contrainte de délai stricte au lieu de la contrainte de délai moyenne pour satisfaire les besoins futurs des communications à faible latence et des applications critiques. Nous étudions trois configurations différentes. Dans la première configuration, nous considérons que le canal est parfaitement connu au niveau de l’émetteur (CSI parfait) et nous visons à minimiser la perte de paquets due à la violation du délai et au débordement de la mémoire tampon du dispositif. Le problème d’optimisation associé est modélisé comme un processus de décision de Markov et la politique optimale est donnée par des techniques de programmation dynamique. Nous montrons que la politique optimale est plus performante que les autres politiques en adaptant le nombre de paquets traités aux états du système. Dans la seconde configuration, nous considérons un scénario plus réaliste, où le canal n’est pas parfaitement connu à l’émetteur et il est acquis après une phase d’estimation. En fait, cette estimation peut être erronée entraînant une dégradation supplémentaire du taux de perte de paquets. Par conséquent, nous évaluons la politique optimale obtenue précédemment lorsque le CSI est imparfait et nous montrons qu’elle reste robuste par rapport à d’autres politiques. Enfin, nous examinons la configuration sans CSI au niveau de l’émetteur. Nous supposons donc qu’un CSI obsolète est seulement disponible et nous montrons que la politique optimale proposée peut encore atteindre de bonnes performances par rapport à d’autres politiques Nowadays, the wireless mobile communications are witnessing unprecedented growth fueled by the huge number of connected devices increasing importantly the demands for high-volume data traffic, requiring thus intensive computation and leading to high energy consumption. However, this expansion of wireless services is still restrained by mobile terminals limitations, in terms of processing capacity, storage and energy. Mobile Edge Computing (MEC) and Energy Harvesting (EH) schemes have been recently proposed as promising technologies to extend the battery lives of mobile devices and improve their computing capabilities. On one hand, MEC enables offloading computation tasks from mobile devices to nearby Base Station with more energy and computations resources. On the other hand, EH exploits alternative renewable energy sources to power mobile devices. However, the stochastic nature of renewable energy may lead to energy outage. In such cases, the system’s performance can be degraded due to packet loss or intolerable latency. In order to sensure the system sustainability, efficient transmission policies under EH constraints are needed. In this thesis, we investigate the joint resource scheduling and computation offloading in a single user MEC system operating with EH based devices. The main contribution of this work is the introduction of the strict delay constraint instead of the average delay constraint to satisfy future requirements of lowlatency communications and critical applications. We study three different setups. In the first setup, we consider a perfect Channel State Information (CSI) at the transmitting device and we aim to minimize the packet loss due to delay violation and buffer overflow at the device’s data buffer. The associated optimization problem is modeled as Markov Decision Process and the optimal policy is exhibited through Dynamic Programming techniques. We show that the optimal policy outperforms other policies by adapting the number of processed packets to the system states. In the second setup, we consider a more realistic scenario, where the channel is not perfectly known at the transmitter and it is acquired after an estimation phase. In fact, this estimation can be erroneous degrading thus further the packet loss rate. Hence, we evaluate the previously obtained optimal policy under imperfect CSI conditions and we show that it remains robust with respect to other policies. Finally, we address the setup with no CSI at the transmitter. We therefore assume that an outdated CSI is only available and we show that the proposed optimal policy can still achieve good performance compared to other policies

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Vargas, Anamuro Cesar Augusto. "Etude du relayage entre terminaux pour la connectivité des objets dans les réseaux 5G." Thesis, Ecole nationale supérieure Mines-Télécom Atlantique Bretagne Pays de la Loire, 2020. http://www.theses.fr/2020IMTA0196.

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Abstract:

Les communications massives pour l’Internet des objets sont l'un des principaux services fournis par le réseau mobile de cinquième génération (5G). L’Internet des objets (IoT) représente un défi majeur pour les réseaux cellulaires car il se caractérise par un grand nombre d'objets connectés de faible complexité qui envoient de petits paquets de données. Ces objets connectés sont souvent alimentés par batterie, cette batterie devant fonctionner pendant de longues périodes sans avoir besoin d’être rechargée ou remplacée. Les réseaux cellulaires traditionnels, conçus pour les communications humaines, et pas assez économes en énergie, ne sont pas adaptés à ce type de service. Pour résoudre ce problème, dans cette thèse, nous étudions l'utilisation d’un équipement utilisateur de type smartphone comme relais pour transmettre les données de l’objet connecté à proximité. Ce mécanisme est appelé relayage D2D (Device-to-Device). Notre première étude a consisté à évaluer l'énergie consommée par l’objet connecté dans chaque phase du processus de communication lorsqu’il est localisé en bordure de cellule pour la technologie LTE-M. Ensuite, à l'aide d'un modèle simple, nous avons comparé la consommation d'énergie des modes de transmission cellulaire et D2D, et déterminé la localisation optimale du relais. Grâce à l'utilisation de la géométrie stochastique, nous avons ensuite analysé les performances d’une communication D2D utilisant les mécanismes de répétitions ARQ et CC-HARQ en termes de consommation d'énergie. Enfin, nous avons proposé un mécanisme de relayage D2D adapté aux applications IoT, en termes de complexité d’implémentation et de consommation d’énergie. Ce mécanisme utilise une approche de sélection de relais distribuée, qui priorise la sélection des relais bénéficiant des meilleures qualités de canal Massive machine-type communication (mMTC) is one of the main services delivered by the 5G mobile network. mMTC represents a major challenge for 5G network since it is characterized by a large number of low complexity devices thats end small data packets. Moreover, mMTC devices are often battery-powered, and the battery is expected to operate for long periods without being recharged or replaced. Traditional cellular networks, which are designed for human communications, are not energy efficient for this type of service. To address this problem, in this thesis, we study the use of Device-to-Device(D2D) relaying as a complementary transmission. In this approach, the mMTC device can transmit its data using a nearby UE as a relay. First, we calculate the energy consumed in each phase of the communication process for a device located at the cell border that uses LTE-Mtechnology. Then, using a simple model, we compare the energy consumption of cellular and D2D transmission modes, and we determine the optimal relay location. Through the use of stochastic geometry, we analyze the performance of D2D communication with ARQ and CC-HARQ with regard to the transmission success probability, the average number of transmissions, and MTD energy consumption. Finally, we propose an energy-efficient D2D relaying mechanism suitable for mMTC applications thanks to its easy implementation. This mechanism uses a distributed relay selection approach, which prioritizes the selection of the user equipments (UEs) with the best channel qualities. Moreover, we present a tractable model to evaluate the performance of our mechanism

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Maschietti, Flavio. "Decentralized coordination methods for beam alignment and resource allocation in 5G wireless networks." Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2019. http://www.theses.fr/2019SORUS578.

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Abstract:

Dans le contexte des réseaux mobiles 5G et 5G+, la transmission massive multi-antennes (Massive MIMO) est une technique établie pour gérer les interférences multi-utilisateurs et améliorer la performance du réseau grâce à la formation de faisceaux et au gain de multiplexage. Dans le régime Massive MIMO, les principales formes de coopération distribuée qui peuvent être envisagées sont i) la sélection et l’alignement des faisceaux entre plusieurs utilisateurs mobiles – en particulier, aux fréquences millimetriques – et ii) la coopération entre les stations de base pour le scheduling des utilisateurs, pour lesquelles les solutions centralisées ont besoin d’un important overhead de coordination et de ressources radio. Dans cette thèse, nous nous concentrons sur des méthodes de coopération décentralisées pour l’optimisation de la transmission multi-antennes massive qui sont mises en œuvre sur les nœuds coopérants eux-mêmes In the context of 5G and 5G+ mobile networks, massive multi-antenna transmission is an established technique to manage multi-user interference and improve the network performance through beamforming and multiplexing gain. In the massive antenna regime, the leading forms of distributed cooperation that can be envisioned are i) the beam selection and alignment across multiple mobile users – in particular, at mmWave frequencies – and ii) the cooperation among base stations for user scheduling, whose centralized solution requires significant coordination and resource overhead. In this thesis, we focus on decentralized cooperative methods for massive multi-antenna transmission optimization that are implemented at the cooperating devicesthemselves

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De, Moura Donassolo Bruno. "L'orchestration des applications IoT dans le Fog." Thesis, Université Grenoble Alpes, 2020. http://www.theses.fr/2020GRALM051.

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Abstract:

L’Internet des objets (IdO) poursuit son évolution, provoquant une croissance drastique du trafic et des demandes de calcul. Par conséquent, les acteurs de la 5G sont invités à repenser leurs infrastructures. Dans ce contexte, l’informatique en brouillard (Fog computing) comble le fossé entre le Cloud et les terminaux en bordure de réseau, en fournissant des équipements à proximité avec des capacités d’analyse et de stockage de données, ce qui augmente considérablement la capacité de l’infrastructure.Cependant, le brouillard soulève plusieurs défis qui ralentissent son adoption. Parmi eux, l’orchestration est cruciale puisqu’elle gère le cycle de vie des applications IdO. Dans cette thèse, nous sommes principalement intéressés par : i) le problème du provisionnement, c.-à-d. le placement d’applications IdO multi-composants sur l’infrastructure hétérogène du brouillard et ii) le problème de la reconfiguration, c.-à-d. comment adapter dynamiquement le placement des applications, en fonction de leurs besoins et de l’évolution de l’utilisation des ressources.Pour réaliser les études d’orchestration, nous proposons d’abord FITOR, un système d’orchestration pour les applications IdO dans l’environnement du brouillard. Cette solution répond au manque des environnements pratiques pour le brouillard, en créant une plate-forme réaliste sur lequel nous pouvons évaluer les propositions d’orchestration.Nous étudions la question du provisionnement des services de brouillard dans cet environnement pratique. À cet égard, nous proposons deux nouvelles stratégies, O-FSP et GO-FSP, qui optimisent le placement des composants d’application de l’IdO tout en répondant à leurs strictes exigences de performance. Pour y parvenir, nous proposons d’abord une formulation de programmation linéaire entière pour le problème du provisionnement des applications IdO. Sur la base d’expériences approfondies, les résultats obtenus montrent que les stratégies proposées sont capables de réduire le coût de provisionnement tout en répondant aux exigences des applications.Enfin, nous abordons le problème de la reconfiguration, en proposant et en évaluant une série d’algorithmes de reconfiguration, basés à la fois sur des approches d’ordonnancement et d’apprentissage en ligne. Grâce à un vaste ensemble d’expériences, nous démontrons que les performances dépendent fortement de la qualité et de la disponibilité des informations provenant de l’infrastructure de brouillard et des applications IdO. En outre, nous montrons qu’une stratégie réactive et gourmande peut dépasser les performances des algorithmes d’apprentissage en ligne de pointe, à condition que la stratégie ait accès à un peu plus d’informations supplémentaires Internet of Things (IoT) continues its evolution, causing a drastically growth of traffic and processing demands. Consequently, 5G players are urged to rethink their infrastructures. In this context, Fog computing bridges the gap between Cloud and edge devices, providing nearby devices with analytics and data storage capabilities, increasing considerably the capacity of the infrastructure.However, the Fog raises several challenges which decelerate its adoption. Among them, the orchestration is crucial, handling the life-cycle management of IoT applications. In this thesis, we are mainly interested in: i) the provisioning problem, i.e., placing multi-component IoT applications on the heterogeneous Foginfrastructure; and ii) the reconfiguration problem, i.e., how to dynamically adapt the placement of applications, depending on application needs and evolution of resource usage.To perform the orchestration studies, we first propose FITOR, an orchestration system for IoT applications in the Fog environment. This solution addresses the lack of practical Fog solutions, creating a realistic environment on which we can evaluate the orchestration proposals.We study the Fog service provisioning issue in this practical environment. In this regard, we propose two novel strategies, OFSP and GOFSP, which optimize the placement of IoT application components while coping with their strict performance requirements. To do so, we first propose an Integer Linear Programming formulation for the IoT application provisioning problem. Based on extensive experiments, the results obtained show that the proposed strategies are able to decrease the provisioning cost while meeting the applicationrequirements.Finally, we tackle the reconfiguration problem, proposing and evaluating a series of reconfiguration algorithms, based on both online scheduling and online learning approaches. Through an extensive set of experiments, we demonstrate that the performance strongly depends on the quality and availability of information from Fog infrastructure and IoT applications. In addition, we show that a reactive and greedy strategy can overcome the performance of state-of-the-art online learning algorithms, as long as the strategy has access to a little extra information

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Hajji, Zahran. "Gestion des interférences dans les systèmes large-scale MIMO pour la 5G." Thesis, Ecole nationale supérieure Mines-Télécom Atlantique Bretagne Pays de la Loire, 2018. http://www.theses.fr/2018IMTA0109.

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Abstract:

La thèse s'inscrit dans la perspective de l'explosion du trafic de données générée par l'augmentation du nombre d'utilisateurs ainsi que la croissance du débit qui doivent être prises en compte dans la définition des futures générations de communications radiocellulaires. Une solution est la technologie «large-scale MIMO » (systèmes MIMO de grande dimension) qui pose plusieurs défis. La conception des nouveaux algorithmes de détection de faible complexité est indispensable vu que les algorithmes classiques ne sont plus adaptés à cette configuration à cause de leurs mauvaises performances de détection ou de leur complexité trop élevée fonction du nombre d'antennes. Une première contribution de la thèse est un algorithme basé sur la technique de l'acquisition comprimée en exploitant les propriétés des signaux à alphabet fini. Appliqué à des systèmes MIMO de grande dimension, déterminés et sous-déterminés, cet algorithme réalise des performances (qualité de détection, complexité) prometteuses et supérieures comparé aux algorithmes de l'état de l'art. Une étude théorique approfondie a été menée pour déterminer les conditions optimales de fonctionnement et la distribution statistique des sorties. Une seconde contribution est l'intégration de l'algorithme original dans un récepteur itératif en différenciant les cas codé (code correcteur d'erreurs présent) et non codé. Un autre défi pour tenir les promesses des systèmes large scale MIMO (efficacité spectrale élevée) est l'estimation de canal. Une troisième contribution de la thèse est la proposition d'algorithmes d'estimation semi-aveugles qui fonctionnent avec une taille minimale des séquences d'apprentissage (égale au nombre d'utilisateurs) et atteignent des performances très proches de la borne théorique The thesis is part of the prospect of the explosion of data traffic generated by the increase of the number of users as well as the growth of the bit rate which must be taken into account in the definition of future generations of radio-cellular communications. A solution is the large-scale MIMO technology (MIMO systems oflarge size) which poses several challenges. The design of the new low complexity detection algorithms is indispensable since the conventional algorithms are no longer adapted to this configuration because of their poor detection performance or their too high complexity depending on the number of antennas. A first contribution of the thesis is an algorithm based on the technique of compressed sensing by exploiting the propertiesof the signals with finite alphabet. Applied to large-scale, determined and under-determined MIMO systems, this algorithm achieves promising and superior performance (quality ofdetection, complexity) compared to state-ofthe-art algorithms. A thorough theoretical study was conducted to determine the optimal operating conditions and the statistical distribution of outputs. A second contribution is the integration of the original algorithm into an iterative receiver by differentiating the coded and uncoded cases. Another challenge to keeping the promise of large- scale MIMO systems (high spectral efficiency) is channel estimation. A third contribution of the thesis is the proposal of semi-blind channel estimation algorithms that work with a minimum size of pilot sequences (equal to the number of users) and reach performances very close to the theoretical bound

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Rachad, Jalal. "TDD based 5G networks performance analysis and radio resource dimensioning with different network geometry models." Electronic Thesis or Diss., Institut polytechnique de Paris, 2019. http://www.theses.fr/2019IPPAT008.

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Abstract:

Une nouvelle génération des réseaux mobiles, connue sous le nom de 5G NR, est en cours de standardisation à travers des améliorations apportées à son prédécesseur 4G/4G+. 5G NR va introduire un nouveau niveau de flexibilité, scalabilité et efficacité afin de satisfaire plusieurs classes de services. Le mode de duplexage TDD est le plus favorable pour 5G NR grâce aux avantages qu’il représente par rapport au mode FDD en termes de capacité, flexibilité et convenance de déploiement avec les autres technologies attendues dans le cadre de la 5G comme FD-MIMO. Une variante du TDD, connue sous le nom du dynamique TDD (D-TDD), attire de plus en plus l’attention. D-TDD est désigné pour l’adaptation des configurations des sous-trames DL et UL en se basant sur une estimation instantanée du trafic. Cependant, l’utilisation de ce mode nécessite l’implémentation des mécanismes capable de réduire deux types d’interférence additionnelles : l’interférence générée par les stations de bases qui impacte le signal UL des utilisateurs et l’interférence générée par les mobiles en UL qui interfère avec le signal DL des stations de base. La première partie de cette thèse est consacrée à l’analyse des performances du mode D-TDD en termes de ISR et de la probabilité de couvertures dans 2 types de déploiement : macro-cells et small-cells. Ensuite, nous proposons deux techniques de mitigation des interférences dont la première est destinée aux macro-cells et basée sur le 3D beamforming tandis que la 2ème est le cell clustering et appliquée au small-cells. Dans la 2ème partie de cette thèse, nous étudions la problématique du dimensionnement de l’OFDMA qui sera une technologie de base pour la 5G NR. Etant donné que le dimensionnement des ressources radio est une tâche primordiale dans l’ingénierie radio, nous proposons un modèle analytique qui permet la réalisation de cette tâche en considérant un scheduling proportional fair. Nous distinguons entre 2 types d’utilisateurs : utilisateurs indoor qui sont modélisés par un PPP spatial et utilisateurs outdoor qui sont modélisés selon un processus de Cox conduit par un PLP. Plusieurs résultats analytiques et numériques sont exposés afin de justifier l’exactitude et la précision de ce modèle A new generation of cellular networks, known as 5G new radio (NR), has been standardized through improvements in the current 4G/4G+ concepts and features in order to bring a new level of flexibility, scalability and efficiency. Time division duplex (TDD) is expected to be one of the key features of 5G NR since it offers more advantages than frequency division duplex (FDD) mode in terms of capacity, flexibility and implementation adequacy with other features, such as full dimension multiple input multiple output antenna (FD-MIMO) technology. A variant operational mode of TDD, known as D-TDD, is in the scope. It is designed to deal with uplink (UL) and downlink (DL) traffic asymmetry since it is based on instantaneous traffic estimation and offers more flexibility in resource assignment. However, the use of D-TDD requires new interference mitigation schemes capable to handle two additional types of interference called cross link interference (CLI) and stands for DL to UL and UL to DL interference. The first part of this thesis is devoted to tackle the problem of interference modeling in D-TDD based macro-cell and small-cell deployments. We provide a complete analytical approach to derive relevant metrics, such as interference-to-signal-ratio (ISR) and the coverage probability formulas, considering adequate geometry models for each type of deployment. Then, we propose an interference mitigation scheme based on 3D beamforming for macro-cells and a cell-clustering scheme for small-cells. Additionally, we investigate another problematic which is Orthogonal Frequency Division Multiplex (OFDM) radio resource dimensioning. Since 5G NR takes in consideration a wide array of emerging use cases and also the possibility of having future requirements, the third Generation Partnership Project (3GPP) comes up with a variant of OFDM known as scalable OFDM and having different sub carriers' spacing. This feature appears to be an ideal choice for 5G NR since it offers a high spectral efficiency, robustness to selective fading channels, convenience with diverse spectrum bands and compatibility with other features. Therefore, dimensioning OFDM is a major task to accomplish in the context of NR. To this purpose, we provide an analytical model to dimension OFDM based systems with a proportional fair resources' allocation policy. We model indoor users by a spatial PPP and outdoor users according to a Cox process driven by PLP. Different analytical and numerical results are provided to justify the accuracy of this model

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Manini, Malo. "Allocation de ressources et ordonnancement dans les réseaux de 5ème génération." Thesis, Rennes 1, 2021. http://www.theses.fr/2021REN1S003.

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Abstract:

L'augmentation du nombre d'utilisateurs des réseaux sans-fil et la diversification de leurs usages amène à faire évoluer les méthodes de gestion des ressources. Cette thèse porte sur les techniques d'allocation des ressources dans les réseaux de 5G. Dans le contexte des systèmes classiques de réseaux sans-fil, nous proposons un algorithme d'allocation de ressources dont l'objectif est de garantir équitablement le meilleur service aux utilisateurs. Lorsque la charge de la cellule est suffisamment faible pour garantir un service suffisant, l'algorithme réoriente dynamiquement ses priorités vers l'économie d'énergie. Ce comportement permet un compromis efficace entre la capacité et la consommation énergétique à différents niveaux de charge. Afin d'étendre la capacité des réseaux, l'ajout de nouvelles cellules permet d'élargir la bande passante et de réduire l'atténuation du signal liée à la distance. Nous présentons un algorithme de répartition des utilisateurs dans un contexte multi-cellulaire qui intervient avant l'étape d'allocation de ressources. Cette répartition aura de fortes répercussions sur l'équilibre des charges des cellules et sur la qualité de service générale du système. Le nombre de cellules dans un secteur est limité par sa géographie. Le Massive-MIMO permet d'accroître les fonctionnalités des cellules en permettant une directivité de l’énergie et ainsi ajoute la composante spatiale à l'allocation de ressources. Nous proposons un nouvel indicateur de compatibilité spatiale des utilisateurs en se basant sur les allocations passées. Une fois intégré dans un algorithme d'allocation, il profite des capacités supérieures du Massive-MIMO The increasing number of wireless network users and the diversification of their usage call for an evolution of the resource management methods. This thesis is based on 5G resource allocation techniques. In regular wireless networks, cells are managed independently. In this context, we propose a resource allocation algorithm with the aim of fairly guaranteeing the best service to users. When the cell charge is low enough to guarantee a sufficient quality of service, the algorithm redirects dynamically its priorities towards energy saving. This behavior allows to obtain an efficient compromise between capacity and energy consumption at different charge levels. In order to extend network capacity, the adding of new cells allows to broaden the available bandwidth and to reduce the distance induced signal attenuation. We present an algorithm of user repartition in a multi-cell context, which intervenes before the resource allocation stage. A user can be covered by several cells using different frequencies, thus its repartition will have strong repercussions on the cell charge balance and on the general quality of service in the system. The maximal number of cells in a sector is limited by its geographical environment. The Massive-MIMO allows to increase the cell functionalities while allowing a better energy directivity, and thus adding the spatial component to the resource allocation. We propose a new indicator evaluating the spatial compatibility of users based on past allocations. Once integrated in an allocation algorithm, it takes advantage of the superior capacities of Massive-MIMO

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Acri, Giuseppe. "Sensibilité à la technologie et accordabilité des matrices de Butler en guide intégré dans le substrat, déclinées sur substrat PCB à 28 GHz et sur interposer above-IC benzocyclobutène aux fréquences millimétriques." Thesis, Université Grenoble Alpes, 2020. http://www.theses.fr/2020GRALT019.

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Abstract:

Les technologies réseau sont devenues de plus en plus omniprésentes au cours des deux der-nières décennies. En particulier, la 5G (cinquième génération) devrait supporter des vitesses haut débit nettement plus rapides, des capacités de transfert cent fois plus élevées et des re-tards plus faibles que la générations 4G précédente tout ceci permettant d’utiliser le plein potentiel de l’Internet des Objets. Plus précisément, le spectre sous-employé des bandes de fréquences millimétriques (mm-wave) (30-300 GHz) pourrait être considéré comme une solution potentiellement rentable pour atteindre les objectifs susmentionnés. Dans un tel contexte, les systèmes d’antennes à faisceau commuté sont devenus d’un grand intérêt parce qu’ils peuvent atteindre une plus grande efficacité spectrale et améliorer le bilan de puis-sance des systèmes de communication sans fil. Plus spécifiquement, la matrice de Butler (BM) est l’un des réseaux de formation de faisceaux multiples les plus intéressants, intensi-vement exploré et largement employé dans les systèmes de communication en raison de ses propriétés conjointes d’adaptation, d’isolation, et d’équipartition de puissance.Le travail réalisé dans le cadre de cette thèse de doctorat se concentre sur la conception de matrices de Butler en topologie SIW pour les applications millimétriques. Plusieurs bandes de fréquence ont été abordées à cette fin. La bande autour de 28 GHz intéresse particulière-ment la 5G. Ainsi, le concept de matrice étendue en technologie PCB-SIW est introduit pour la BM 4x4, permettant d’atteindre une meilleure résolution spatiale que le simple système 4x4. La bande WR10 (75 GHz-110 GHz) ainsi que quelques bandes millimétriques au-delà ont également été étudiées. Pour ces dernières, le recours à des substrats intermédiaires dé-diés au millimétrique, appelées interposeurs, s’est révélé indispensable. Dans les deux cas, les structures proposées ont été détaillées, des analyses théoriques élaborées et les résultats de simulation confortés par la mesure, accompagnés de rétro-simulations si besoin, dans le but de proposer des preuves de concept. L’un des principaux objectifs de ce manuscrit est d’améliorer la couverture spatiale de l’antenne et la performance du système de formation du faisceau par rapport à son homologue conventionnel tout en gardant presque inchangé la surface du réseau (coûts réduits et complexité de conception). Un autre objectif est d’étudier la sensibilité du système afin de révéler les points faibles de la matrice de Butler.Le premier chapitre de cette thèse présente un état de l’art des dites matrices, RF et mm-wave , et détaille les solutions permettant d’étendre l’orientation du faisceau. Dans le deu-xième chapitre, l’attention se concentre sur une étude Monte Carlo de sensibilité de la BM quasiment exhaustive. Dans le troisième chapitre, les avantages et inconvénients du chan-gement continu et/ou digital de phase sont discutés et un déphaseur SIW 1-bit, 28-GHz, uti-lisant des diodes PIN, est conçu et testé. Ce déphaseur est un des blocs phare de la matrice de Butler étendue. Le quatrième chapitre présente la conception et la mesure des blocs de la BM à 28 GHz ainsi que l’ensemble des mesures du système complet étendu. Dans le cin-quième chapitre, des guides, coupleurs et crossovers SIW sur interposeur BCB (benzocyclo-butene), tous blocs de la matrice, ont été conçus et mesurés en bande WR10 et WR5. Ils con-firment les performance très intéressante du BCB. En perspective, le concept de matrice de Butler étendue pourrait être mis en œuvre sur interposeur BCB mais aussi dans d’autres technologies telles que les membranes à nanofils métalliques (MnM) pour des applications sous-THz Networking technologies have become increasingly omnipresent over the past two decades. In particular, 5G (fifth generation) is expected to support significantly faster mobile broad-band speeds, lower latencies and hundreds of times more capacity than current 4G (fourth generation) while also enabling the full potential of the Internet of Things. Specifically, the underemployed spectrum in the millimeter-wave (mm-wave) frequency bands (30-300 GHz) might be seen as a potentially profitable solution for achieving the aforementioned goals. In such a context, the switched-beam antenna (SBA) systems have become of great interest because they can achieve high spectral efficiency and increase the capacity of wireless communication systems. More specifically, Butler matrix (BM) is one of the most important multiple beam forming networks, which has been intensively explored and extensively em-ployed in communication systems due to its unique properties as perfect matching, isolation, and equal power division, that can be obtained at the same time.The work achieved in this PhD thesis was focused on the conception of a Butler matrix, for mm-wave applications in SIW topology. Two frequency bands were mainly addressed for that purpose. The first one is the band around 28 GHz, that is suited for 5G, where an ex-tended beam agility concept was introduced for 4ⅹ4 Butler matrix, in PCB-SIW technology, to achieve a better spatial resolution, as compared to a 4ⅹ4 conventional system. The second one is the WR10 band (75 GHz-110 GHz), as well as some extra-bands beyond, for which the use of intermediate packaging platforms, so-called interposers, allow the frequency ris-ing as compared to the conventional PCB technologies. In both, the proposed structures were detailed, theoretical analyses were developed, and simulation and measurement works were carried out, with retro-simulations when needed, which permitted to validate the proposed concepts. One of the main goals of this manuscript is to enhance the spatial antenna cover-age and the performance of the beam forming system as compared to its conventional coun-terpart while keeping almost unchanged the surface (reduced costs and design complexity). Another goal is to study the sensitivity of the system, so that the weak points of the BM are revealed.In the first chapter of this thesis, BM solutions for RF and mm-Wave circuits were present-ed, and beam-steering enhanced ability BMs was detailed. In the second chapter, attention focuses on a detailed sensitivity BM study based on a Monte Carlo approach and a proposed solution for extended beam Butler matrices well suited to SIW technology. In the third chap-ter, the pros and cons of continuous and digital phase shifting are discussed and a 28-GHz ,1-bit, SIW, phase shifter using PIN diodes, is designed and tested as a solution to be used in the extended beam matrix. In the fourth chapter, the design blocks for 28 GHz SIW Butler matrix were introduced and measured, along with the entire BM measurements. In the fifth chapter, benzocyclobutene (BCB) SIW useful for Butler matrix blocks were designed and measured in WR10 and WR5 bands, which show the very interesting performance of such an interposer. Even coupler and crossover were fabricated and measured in WR10 band. As a prospect, the extended beam agility BM concept could be implemented in BCB interposer or other kind of interposers as metallic nanowire membranes (MnM) for sub-THz applications, to test the feasibility

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Le, Trung Kien. "Physical layer design for ultra-reliable low-latency communications in 5G." Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2021. http://www.theses.fr/2021SORUS198.

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Abstract:

L'émergence de nouveaux cas et d’applications tels que la réalité virtuelle/augmentée, l'automatisation industrielle, les véhicules autonomes, etc. en 5G fait définir au Third Generation Partnership Project (3GPP) Ultra-reliable low-latency communications (URLLC) comme un des trois services. Pour soutenir URLLC avec des exigences strictes de la fiabilité et de la latence, 3GPP Release 15 et 16 ont standardisé des fonctionnalités d’URLLC dans le spectre sous licence. Release 17 en cours agrandit des fonctionnalités d’URLLC au spectre sans licence pour cibler des nouveaux cas dans des scénarios industriels. Dans la première partie de cette thèse du Chapitre 2 au Chapitre 4, nous nous concentrons sur URLLC dans le spectre sous licence. La première étude est confrontée au problème de garantir le nombre des répétitions dans des uplink configured-grant (CG) ressources. Ensuite, nous étudions la collision entre une eMBB UL transmission d'un UE et une URLLC UL transmission d'un autre UE sur des CG ressources. Enfin, nous recherchons la DL transmission où le feedback de la DL semi-persistent scheduling transmission est abandonné à cause du conflit entre des DL/UL symboles. Dans la deuxième partie du Chapitre 5 au Chapitre 8, nous nous focalisons sur URLLC dans le spectre sans licence. Dans le spectre sans licence, un appareil demande d'accéder au canal en utilisant load based equipment (LBE) ou frame based equipment (FBE). L’incertitude d’acquérir un canal par LBE ou FBE pourrait empêcher la URLLC transmission d’atteindre l’exigence de la latence. Par conséquent, l'étude de l'impact de LBE ou FBE sur la URLLC transmission et des améliorations de LBE et de FBE sont nécessaires The advent of new use cases and new applications such as augmented/virtual reality, industrial automation, autonomous vehicles, etc. in 5G has made the Third Generation Partnership Project (3GPP) specify Ultra-reliable low-latency communications (URLLC) as one of the service categories. To support URLLC with the strict requirements of reliability and latency, 3GPP Release 15 and Release 16 have specified the URLLC features in licensed spectrum. The ongoing 3GPP Release 17 extends the URLLC features to unlicensed spectrum to target the new use cases in the industrial scenario. In the first part of the thesis from Chapter 2 to Chapter 4, we focus on the URLLC in licensed spectrum. The first study deals with the problem of ensuring the configured number of uplink (UL) configured-grant (CG) repetitions of a transport block. Secondly, we study the collisions of an eMBB UL transmission of a user equipment (UE) and an URLLC UL transmission of another UE on the CG resources. Thirdly, the focus of this study is the downlink (DL) transmission where the feedback of the DL semi-persistent scheduling transmission is dropped due to the conflict of the DL/UL symbols. In the second part from Chapter 5 to Chapter 8, we focus on URLLC operation in unlicensed spectrum. In unlicensed spectrum, a 5G device is required to access to a channel by using load based equipment (LBE) or frame based equipment (FBE). The uncertainty of obtaining channel access through LBE or FBE can impede the achievement of the URLLC latency requirements. Therefore, the study of impact of LBE and FBE on URLLC transmission and the enhancements of LBE and FBE are needed

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Conceicao, Filipe. "Network survival with energy harvesting : secure cooperation and device assisted networking." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019SACLL020/document.

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Abstract:

La technologie de réseau cellulaire de 5ème génération (5G) sera le réseau supportant l'Internet des objets (IoT). Elle a introduit une fonctionnalité majeure, communications appareil-à-appareil (D2D), que permettent communications sans fil à consommation d'énergie restreinte en interagissant à proximité et à puissance d'émission plus faible. La coopération entre appareils suscit donc un intérêt considérable pour l'énergie, et peut être utilisé en conjonction avec la récupération d'énergie pour prolonger la durée de vie des appareils. Les programmes de coopération renforcent la mise en réseau d'un appareil à l'autre, ce qui accroît la nécessité d'exécuter des mécanismes de sécurité pour assurer la protection des données et les relations de confiance entre les nœuds du réseau.Ces mécanismes sont fondamentaux pour la protection contre les attaques malveillantes mais elles représentent aussi une importante consommation d'énergie, souvent négligée en raison de l'importance de la protection des données. L'établissement d'un canal securisé peut être coûteux en termes d'utilisation du CPU, la mémoire et la consommation d'énergie, surtout si les appareils sont limités en ressources. La confidentialité et l’intégrité des données ont un faible coût énergétique, mais sont utilisées en permanence. Il est donc nécessaire de quantifier la consommation d'énergie engendrée par la sécurité d'un appareil. Un modèle énergétique basé sur la sécurité est proposé pour répondre à cet objectif.Dans les réseaux composés d'équipements d'utilisateurs (UE), la mobilité est une caractéristique clé. Elle peut agir sur la connexion à proximité d'objets IoT, étendant la couverture 5G vers l'IoT via les UEs. Une solution d'authentification légère est présentée qui permet par l'authentification directe et des communications UE-IoT, d'étendre la couverture et réaliser des économies d'énergie potentielles importantes. Cette approche peut être particulièrement utile en cas de catastrophe où l'infrastructure réseau peut ne pas être disponible.La condentialité et l'authentification des données sont une source de consommation d'énergie importante. Les appareils équipés avec équipements de collecte d'énergie (EH) peuvent avoir un excédent ou un déficit d'énergie. La sécurité appliquée peut donc être ajustée en fonction de l'énergie disponible d'un appareil, en introduisant l'établissement de canal sécurisé qui tient compte de la consommation d'énergie. Après avoir étudié en profondeur les normes 5G, il a été constaté que les réseaux d'UE D2D utilisant ce type de norme dépenseraient une quantité importante d'énergie et seraient généralement moins sûr. Un mécanisme léger de recléage est donc proposé pour réduire les coûts liés cette adaptation. Pour compléter le concept de canal sécurisé prenant en compte l'énergie et le mécanisme de recléage, une méthode de bootstrapping des paramètres de sécurité est également présentée. Le méthode désigne le cœur du réseau (CN) comme responsable de la politique de sécurité, rend l'ensemble du réseau plus sûr et aide à prévenir les pannes de communication. L'adaptation susvisé requiert l'étude du compromis entre l’énergie et sécurité. À cette fin, un processus décisionnel de Markov (MDP) modélisant un canal de communication est présenté lorsqu'un agent choisit les éléments de sécurité à appliquer aux paquets transmis. Ce problème d'optimisation du contrôle stochastique est résolu par plusieurs algorithmes de programmation dynamique et d’apprentissage par le renforcement (RL). Les résultats montrent que l'adaptation susvisé peut prolonger de manière significative la durée de vie de l'équipement et de la batterie, et améliore la fiabilité des données tout en offrant des fonctions de sécurité. Une étude comparative est présentée pour les différents algorithmes RL. Puis une approche d'apprentissage Q-profond (DQL) est proposé que améliore la vitesse d'apprentissage de l'agent et la fiabilité des données The 5th Generation Cellular Network Technology (5G) will be the network supporting the Internet of Things (IoT) and it introduced a major feature, Device-to-Device (D2D) communications. D2D allows energy-constrained wireless devices to save energy by interacting in proximity at a lower transmission power. Cooperation and device-assisted networking therefore raise signicant interest with respect to energy saving, and can be used in conjunction with energy harvesting to prolong the lifetime of battery-powered devices. However, cooperation schemes increase networking between devices, increasing the need for security mechanisms to be executed to assure data protection and trust relations between network nodes. This leads to the use of cryptographic primitives and security mechanisms with a much higher frequency.Security mechanisms are fundamental for protection against malicious actions but they also represent an important source of energy consumption, often neglected due to the importance of data protection. Authentication procedures for secure channel establishment can be computationally and energetically expensive, especially if the devices are resource constrained. Security features such as condentiality and data authentication have a low energetic cost but are used constantly in a device engaged in data exchanges. It is therefore necessary to properly quantify the energy consumption due to security in a device. A security based energy model is proposed to achieve this goal.In User Equipment (UE) D2D networks, mobility is a key characteristic. It can be explored for connecting directly in proximity with IoT objects. A lightweight authentication solution is presented that allows direct UE-IoT communications, extending coverage and potentially saving signicant energy amounts. This approach can be particularly useful in Public Protection and Disaster Relief (PPDR) scenarios where the network infrastructure may not be available.Security features such as condentiality or data authentication are a significant source of consumption. Devices equipped with Energy Harvesting (EH) hardware can have a surplus or a deficit of energy. The applied security can therefore be adjusted to the available energy of a device, introducing an energy aware secure channel. After in depth analysis of 5G standards, it was found that D2D UE networks using this type of channel would spend a signicant amount of energy and be generally less secure. A lightweight rekeying mechanism is therefore proposed to reduce the security overhead of adapting security to energy. To complete the proposed rekeying mechanism, a security parameter bootstrapping method is also presented. The method denes the Core Network (CN) as the security policy maker, makes the overall network more secure and helps preventing communication outages.Adapting security features to energy levels raises the need for the study of the energy/security tradeoff. To this goal, an Markov Decision Process (MDP) modeling a communication channel is presented where an agent chooses the security features to apply to transmitted packets. This stochastic control optimization problem is solved via several dynamic programming and Reinforcement Learning (RL) algorithms. Results show that adapting security features to the available energy can signicantly prolong battery lifetime, improve data reliability while still providing security features. A comparative study is also presented for the different RL learning algorithms. Then a Deep Q-Learning (DQL) approach is presented and tested to improve the learning speed of the agent. Results confirm the faster learning speed. The approach is then tested under difficult EH hardware stability. Results show robust learning properties and excellent security decision making from the agent with a direct impact on data reliability. Finally, a memory footprint comparison is made to demonstrate the feasibility of the presented system even on resource constrained devices

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Chouayakh, Ayman. "Jeux d'acteurs et mécanismes d'enchères dynamiques pour la gestion de spectre dans les réseaux 5G." Thesis, Ecole nationale supérieure Mines-Télécom Atlantique Bretagne Pays de la Loire, 2020. http://www.theses.fr/2020IMTA0177.

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Abstract:

Dans le cadre de la 5G, des nouveaux modes de partage dynamique de spectre comme le "Licensed Shared Access" (LSA) vont être implémentés. A travers ces modes, les opérateurs peuvent utiliser temporairement une bande de fréquence attribuée initialementà un autre utilisateur. L'accès à la bande se fait après l'obtention d'une licence. L'attribution des licences se fait à travers des mécanismes d'enchères. Les mécanismes proposés dans la littérature pour le contexte LSA sont des mécanismes d'enchères à un seul tour qui attribuent tout le spectre disponible comme un seul bloc. Dans cette thèse, nous montrons d'abord comment améliorer les performances de ces enchères (en termes de revenus, d'efficacité et d'équité de l'allocation) -tout en préservant la sincérité des enchères- en divisant le spectre et en convertissant les enchères mono-bloc en des enchères multi-blocs. Ensuite, nous montrons comment convertir des mécanismesà un seul tour en des mécanismes ascendants équivalents (en termes d'allocations et de paiements) afin d'ajouter la transparence et la confidentialité à l'enchère In 5G networks, new spectrum sharing concepts such as Licensed Shared Access (LSA) will be implemented in order to optimize spectrum usage: a Mobile Network Operator can access temporarily to other incumbent's spectrum after obtaining a license. The LSA concept guarantees to the incumbent and the LSA licensee a certain level of QoS according to the LSA license. The licensing process is made via an auction mechanism. The mechanisms proposed in the literature for the LSA context are one-shot auction mechanisms which allocate all the available spectrum as a one block. In this thesis, first we show how to increase the performances of those auctions(in terms of revenue, efficiency and fairness of the allocation)-while preserving truthful bidding-by splitting spectrum and converting single block auctions to multi-blockauctions. Then, we show how to convert one-shot mechanisms to equivalent ascending mechanisms (in terms of allocations and payments) so that we add transparency andprivacy to the auction

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Challita, Frédéric. "Massive MIMO channel characterization and propagation-based antenna selection strategies : application to 5G and industry 4.0." Thesis, Lille 1, 2019. http://www.theses.fr/2019LIL1I043/document.

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Abstract:

Dans le domaine des télécommunications sans fil, les domaines applicatifs sont de plus en plus larges, s’étendant par exemple du grand public, à la voiture connectée, à l’internet des objets (IoT Internet of Things) et à l’industrie 4.0. Dans ce dernier cas, l’objectif est d’aboutir à une flexibilité et à une versatilité accrues des chaînes de production et à une maintenance prédictive des machines, pour ne citer que quelques exemples. Cependant, les réseaux sans fil actuels ne sont pas encore en mesure de répondre aux nombreuses lacunes de la quatrième génération des réseaux mobiles (4G) et aux exigences de la 5G quant à une connectivité massive, une ultra fiabilité et des temps de latence extrêmement faibles. L’optimisation des ressources spectrales est également un point très important. La 5G était initialement considérée comme une évolution, rendue possible grâce aux améliorations apportées à la LTE (Long Term Evolution), mais elle ne tardera pas à devenir une révolution et une avancée majeure par rapport aux générations précédentes.Dans ce cadre, la technologie des réseaux massifs ou Massive MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) s’est imposée comme l’une des technologies de couche physique les plus prometteuses. L'idée principale est d'équiper les stations de base de grands réseaux d’antennes (100 ou plus) pour communiquer simultanément avec de nombreux terminaux ou équipements d’utilisateurs. Grâce à un prétraitement intelligent au niveau des signaux d’émission, les systèmes Massive MIMO promettent d’apporter une grande amélioration des performances, tout en assurant une excellente efficacité spectrale et énergétique. Cependant certains défis doivent encore être relevés avant le déploiement complet des communications basées sur le massive MIMO. Par exemple, l’élaboration de modèles de canaux représentatifs de l’environnement réel, l'impact de la diversité de polarisation, les stratégies de sélection optimale d’antennes et l'acquisition d'informations d'état du canal, sont des sujets importants à explorer. En outre, une bonne compréhension des canaux de propagation en milieu industriel est nécessaire pour optimiser les liens de communication de l'industrie intelligente du futur.Dans cette thèse, nous essayons de répondre à certaines de ces questions en nous concentrant sur trois axes principaux :1) La caractérisation polarimétrique des canaux massive MIMO en environnement industriel. Pour cela, on étudie des scénarios correspondant à des canaux ayant ou non une visibilité directe entre émetteur et récepteur (Line of Sight – LOS) ou Non LOS, et en présence de divers types d’obstacles. Les métriques associées sont soit celles utilisées en propagation telles que le facteur de Rice et la corrélation spatiale, soit orientées système comme la capacité totale du canal incluant des stratégies de précodage linéaire. De plus, les schémas de diversité de polarisation proposés montrent des résultats très prometteurs.2) En massive MIMO, un objectif important est de réduire le nombre de chaînes de fréquences radio et donc la complexité du système, en sélectionnant un ensemble d'antennes distribuées. Cette stratégie de sélection utilisant la corrélation spatiale du récepteur et une métrique de propagation comme facteur de mérite, permet d'obtenir une capacité totale quasi-optimale.3) Une technique efficace de réduction des ressources lors de l’acquisition d’informations du canal de propagation dans les systèmes FDD (frequency-division-duplex) est enfin proposée. Elle repose sur la corrélation spatiale au niveau de l'émetteur et consiste à résoudre un ensemble d'équations auto-régressives simples. Les résultats montrent que cette technique permet d’atteindre des performances qui ne sont pas trop éloignées de celles des systèmes TDD (time-division-duplex) initialement proposés pour le massive MIMO Continuous efforts have been made to boost wireless systems performance, however, current wireless networks are not yet able to fulfill the many gaps from 4G and requirements for 5G. Thus, significant technological breakthroughs are still required to strengthen wireless networks. For instance, in order to provide higher data rates and accommodate many types of equipment, more spectrum resources are needed and the currently used spectrum requires to be efficiently utilized. 5G, or the fifth generation of mobile networks, is initially being labeled as an evolution, made available through improvements in LTE, but it will not be long before it becomes a revolution and a major step-up from previous generations. Massive MIMO has emerged as one of the most promising physical-layer technologies for future 5G wireless systems. The main idea is to equip base stations with large arrays (100 antennas or more) to simultaneously communicate with many terminals or user equipments. Using smart pre-processing at the array, massive MIMO promises to deliver superior system improvement with improved spectral efficiency, achieved by spatial multiplexing and better energy efficiency, exploiting array gain and reducing the radiated power. Massive MIMO can fill the gap for many requirements in 5G use-cases notably industrial IOT (internet of things) in terms of data rates, spectral and energy efficiency, reliable communication, optimal beamforming, linear processing schemes and so on. However, the hardware and software complexity arising from the sheer number of radio frequency chains is a bottleneck and some challenges are still to be tackled before the full operational deployment of massive MIMO. For instance, reliable channel models, impact of polarization diversity, optimal antenna selection strategies, mutual coupling and channel state information acquisition amongst other aspects, are all important questions worth exploring. Also, a good understanding of industrial channels is needed to bring the smart industry of the future ever closer.In this thesis, we try to address some of these questions based on radio channel data from a measurement campaign in an industrial scenario using a massive MIMO setup. The thesis' main objectives are threefold: 1) Characterization of massive MIMO channels in Industry 4.0 (industrial IoT) with a focus on spatial correlation, classification and impact of cross-polarization at transmission side. The setup consists in multiple distributed user-equipments in many propagation conditions. This study is based on propagation-based metrics such as Ricean factor, correlation, etc. and system-oriented metrics such as sum-rate capacity with linear precoding and power allocation strategies. Moreover, polarization diversity schemes are proposed and were shown to achieve very promising results with simple allocation strategies. This work provides comprehensive insights on radio channels in Industry 4.0 capable of filling the gap in channel models and efficient strategies to optimize massive MIMO setups. 2) Proposition of antenna selection strategies using the receiver spatial correlation, a propagation metric, as a figure of merit. The goal is to reduce the number of radio frequency chain and thus the system complexity by selecting a set of distributed antennas. The proposed strategy achieves near-optimal sum-rate capacity with less radio frequency chains. This is critical for massive MIMO systems if complexity and cost are to be reduced. 3) Proposition of an efficient strategy for overhead reduction in channel state information acquisition of FDD (frequency-division-duplex) systems. The strategy relies on spatial correlation at the transmitter and consists in solving a set of simple autoregressive equations (Yule-Walker equations). The results show that the proposed strategy achieves a large fraction of the performance of TDD (time-division-duplex) systems initially proposed for massive MIMO

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Allouch, Mahdi Mariem. "Gestion intelligente des ressources radios dans les réseaux véhiculaires de la 4G vers la 5G." Electronic Thesis or Diss., université Paris-Saclay, 2021. http://www.theses.fr/2021UPASG061.

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Abstract:

Les réseaux véhiculaires constituent une classe de réseaux mobiles à part entière présentant l’originalité de permettre aux véhicules de communiquer les uns avec les autres dans le cadre d'une mobilité spatiale élevée ainsi qu’avec les réseaux cellulaires et les réseaux de communication déployés sur l’infrastructure routière. En vue de supporter les communications des véhicules autonomes de niveau 5, ces réseaux doivent offrir une QoS adaptée aux contraintes temporelles critiques des communications tout en garantissant un haut niveau d’intégrité des données échangées. La technologie LTE utilisée dans les réseaux mobiles cellulaires et qui est dotée d’un cadre rigoureux de QoS a été choisie par le 3GPP (Release 14) pour la communication dans les réseaux véhiculaires sous la référence LTE-V2X/ cellular V2X. La Release 14 introduit deux modes (3,4) de communication LTE spécialement conçus pour les communications V2V. Dans le mode 3, la sélection des canaux radios est gérée par la station de base eNodeB. Dans le mode 4, les véhicules sélectionnent leurs ressources radio d’une manière autonome indépendamment de toute couverture du réseau cellulaire. Dans la littérature, différents algorithmes d’allocation de ressources pour les modes 3 et 4 ont été proposés.Dans la première partie de la thèse, on s’intéresse au mode 3 qui répond aux besoins du monitoring des véhicules autonomes de niveau 5 par l’infrastructure déployée sur la route et dans le Cloud. Une étude exhaustive des propositions existantes dans littérature montre que la majorité des solutions proposées ne traitent que les messages périodiques (non-safety ex. CAM) tout en assurant un minimum de sécurité. Donc, nous avons introduit les messages apériodiques (safety ex. DENM) qui sont générés dans des situations critiques (accident, bouchon). Nous avons proposé une politique d'allocation des ressources basée sur un système de priorité avec la garantie stricte d'une capacité minimale pour les applications critiques et un partage dynamique de la capacité restante avec les autres applications. Nous avons proposé également une nouvelle technique de réutilisation des ressources pour les deux types de messages (critiques et moins critiques) qui permet d’utiliser efficacement la capacité du réseau tout en satisfaisant les exigences des applications critiques sans pénaliser les applications moins critiques.La technologie LTE-V présente une étape importante vers le réseau V2X/5G. Ce réseau 5G offre, par le biais de l’URLLC, une haute intégrité et une faible latence pour les applications temps réel critiques. De plus, avec le concept du « Network Slicing », l’architecture fonctionnelle du réseau 5G offre la portabilité du réseau véhiculaire avec ses services à côté d’autres réseaux de services au sein du réseau mobile 5G. Nous avons choisi d’intégrer l’architecture du réseau véhiculaire 5G dans un même slice au niveau du réseau d’accès ce qui permet de bénéficier du gain statistique en termes de l’utilisation des ressources radios. On s'est intéressé aux couches MAC et physique NR. Nous avons étudié l’allocation dynamique des ressources radios entre les communications URLLC critiques et les communications de streaming portés dans un même Slice. L’ordonnanceur utilisé pour l’allocation des ressources est spécifié pour gérer dynamiquement les ressources spectrales entre les flux URLLC critiques et les flux de streaming échangés entre véhicules et les serveurs d’applications. Nous avons proposé plusieurs modèles statistiques de flux échangés et analysé par simulation la QoS offerte dans le réseau d’accès aux flux critiques/streaming. Nous avons également proposé un modèle analytique markovien quasi-exact de la traversée des couches MAC/Physique du flux URLLC avec comme objectif de dimensionner un mécanisme de contrôle d’admission (CAC) des flux critiques dans le slice et de garantir la QoS requise par ces flux Vehicular networks are a class of mobile networks allowing vehicles to communicate with each other in the context of high spatial mobility, as well as with cellular networks and communication networks deployed on the road infrastructure. In order to support Level 5 autonomous vehicle communications, these networks need to provide a QoS that addresses the time-critical constraints of communications while ensuring a high level of integrity of the data exchanged. The LTE technology, used in cellular mobile networks with a strict QoS, has been selected by 3GPP (Release 14) for communication in vehicular networks under the reference LTE-V2X/ cellular V2X. Release 14 introduces two modes (3,4) of LTE communication specifically designed for V2V communication. In mode 3, radio channel selection is managed by the eNodeB base station. In Mode 4, vehicles select their radio resources autonomously regardless of any cellular network coverage. In the literature, different resource allocation algorithms for modes 3 and 4 have been proposed.In the first part of the thesis, we focus on mode 3 addressing the requirements of monitoring level 5 autonomous vehicles through the infrastructure deployed on the road and in the Cloud. An exhaustive study of the existing proposals in the literature shows that the majority of the proposed solutions only deal with periodic messages (non-safety e.g. CAM) while ensuring a minimum of security. Therefore, we introduced aperiodic messages (safety ex. DENM) which are generated in critical situations (accident, traffic jam). We proposed a resource allocation policy based on a priority system with a strict guarantee of minimum capacity for critical applications and a dynamic sharing of the remaining capacity with other applications. We also proposed a new resource reuse technique for both types of messages (critical and less critical) that allows efficient use of network capacity while satisfying the requirements of critical applications without affecting less critical applications.LTE-V technology presents an important step towards the V2X/5G network. This 5G network offers, through URLLC, high integrity and low latency for real-time critical applications. Furthermore, with the concept of "Network Slicing", the functional architecture of the 5G network offers the portability of the vehicular network with its services alongside other service networks within the 5G mobile network. We have chosen to integrate the 5G vehicular network architecture in the same slice at the access network level which allows to benefit from the statistical gain in terms of radio resources utilization. We focused on the MAC and physical NR layers. We studied the dynamic allocation of radio resources between critical URLLC communications and streaming communications carried in the same Slice. The scheduler used for resource allocation is specified to dynamically manage spectral resources between critical URLLC flows and streaming flows exchanged between vehicles and application servers. We proposed several statistical models of exchanged flows and analyzed by simulation the QoS offered in the access network to critical/streaming flows. We have also proposed a quasi-exact Markovian analytical model of the MAC/Physical layer traversal of the URLLC flow with the objective of dimensioning an admission control mechanism (CAC) of the critical flows in the slice and to guarantee the QoS required by these flows

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Filice, Francesco. "Solutions innovantes d'antennes en bande Ku- et Ka- en technologie d’impression 3-D pour la réalisation des réseaux phasés visant des applications 5G et des communications mobiles par satellite." Thesis, Université Côte d'Azur, 2020. http://www.theses.fr/2020COAZ4023.

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Abstract:

L'utilisation exponentielle d’applications mobiles entraîne une demande en constante croissance pour des débits de données de plus en plus élevés associées à des solutions de télécommunications mobiles à faible coût. Alors que les réseaux 5G en sont encore à leur début, les télécommunications mobiles par satellite (Sat-Com-On-The-Move) peuvent jouer un rôle central dans cette problématique. La bande passante disponible dans les bandes de fréquences Ku- (10,75-14,5 GHz) et Ka- (18-31 GHz) pour ces applications peut être exploitée afin de fournir une connexion internet globale à haut débit et faible coût. Des entreprises comme SpaceX déploient actuellement de grandes constellations de satellites positionnées sur des orbites terrestres basses et pouvant répondre à ces besoins. Néanmoins, le prix et le facteur de forme des terminaux utilisateurs à réflecteur motorisé existants restent les principaux goulots d'étranglement pour rendre ces technologies abordables à une grande partie de consommateurs. La bande passante opérationnelle atteignable par les éléments rayonnants intégrés à faible profil (i.e. réseaux d’antennes à fentes) étant limité, la plupart des solutions existantes divisent la transmission (Tx) et la réception (Rx) dans deux panneaux rayonnants différents ce qui impose un coût relativement élevé pour les utilisateurs finaux. L'objectif de cette thèse consiste à développer des solutions d'antennes innovantes à faible coût et à large bande, notamment des antennes patch à couplage par fente et des antennes à guides d'ondes nervurés fabriqués avec des circuits imprimés standard (PCB) et par impression 3D en métal. Ces antennes sont censées couvrir la totalité de la bande Ku et Ka afin de permettre la création de terminaux utilisateur Sat-Com-On-The-Move à faible encombrement capables d'effectuer à la fois les fonctions Rx et Tx à l'aide d'un seul panneau antennaire. Une attention particulière est accordée à la possibilité d'intégrer ces éléments rayonnants dans de petits réseaux à utiliser comme cellule unitaire pour la réalisation de plus grands, en envisageant la possibilité d'atteindre les niveaux de gain requis par ce type de télécommunications The increasing use of mobile applications leads to a growing demand for higher data-rates and low-cost mobile telecommunication solutions. While 5G networks are still at their early stages, a central role can be played by the mobile satellite telecommunications (Sat-Com-On-The-Move). The frequency bandwidth available at Ku- (10.75-14.5 GHz) and Ka- (18-31 GHz) bands for these applications can be leveraged in order to provide worldwide, high-speed and low-cost internet connections. Companies like SpaceX are actually deploying large satellite constellations required to work at Low Earth Orbits and offer such services. Nevertheless, the price and the form factor of the traditional motorized reflector-based user terminals remain the main bottlenecks in order to make these technologies affordable to the mass-market consumers. The limited operational bandwidth of the radiating elements integrated in their low-profile alternatives (i.e. slotted waveguide antenna arrays) actually obliges to split transmission (Tx) and reception (Rx) in two different panels, keeping a relatively high cost for the end-users. The objective of this thesis is to develop innovative low-cost and wideband antenna solutions, notably microstrip aperture coupled patch and double ridged waveguide antennas, to be respectively realized by standard Printed Circuit Board (PCB) and metal 3-D printing. These antennas are meant to cover the whole Ku- and Ka- band in order to allow the creation low-profile Sat-Com-On-The-Move user terminals able to perform both Rx and Tx using a single antenna panel. A particular attention is given to the possibility to integrate these radiating element in small arrays to be used as unit cell for the realization of larger ones, envisaging the possibility to achieve the levels of gain required by this kind of telecommunications

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Forest, Jeremie. "Architecture robuste avec ajustement de fréquence centrale et détection de phase et de tension pour des amplificateurs autonomes de puissance à base de coupleur hybride aux fréquences millimétriques." Thesis, Bordeaux, 2020. http://www.theses.fr/2020BORD0027.

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Abstract:

Les communications basées sur le principe du beamforming imposent de concevoirdes systèmes complexes utilisant un grand nombre de frontaux radiofréquences (RF). Pour le bon fonctionnement du système, chaque élément doit pouvoir être dans sa zone optimale de travail, ce qui doit être aussi le cas pour l’amplificateur de puissance (PA) dont la linéarité et la puissance dépendent de l’adaptation de sortie. L’impédance de charge de l’amplificateur, qui correspond à un des éléments rayonnants du réseau d’antennes, peut subir des variations en fonction de son environnement (TOS) et détériorer les performances globales du système. Au final, le signal distribué sur chaque antenne pour former le faisceau global doit être contrôlé et maîtrisé en phase et en amplitude pour garantir une bonne communication.Les travaux de thèse se situent dans ce contexte et portent sur la recherche denouvelles topologies, ainsi que l’élaboration de blocs élémentaires, pour créer une nouvelle architecture d’amplificateur de puissance robuste à son environnement. L'un des principaux défis est le contrôle de la phase du PA et le maintien de ses performances RF en fonction des variations du processus de fabrication (PVT). Un autre défi consiste à réaliser un PA à haute efficacité, tout en maintenant une très bonne linéarité, ce qui constitue une rupture vis-à-vis du traditionnel compromis à trouver entre le haut rendement et la grande linéarité. Dans de telles conditions, le contrôle de phase du PA constitue un avantage majeur.Une première étape de ses travaux a consisté à proposer une approche globale de laconception du PA dans son environnement et ainsi quantifier l’impact des variations de l’impédance de charge du PA sur ses performances RF (gain, déphasage) en présence d’un réseau d’antennes. Une fois les points sensibles identifiés, plusieurs architectures de PA ont été envisagées pour adresser le ou les problèmes.Une première solution avec un PA autonome a permis d’améliorer la protection vis-àvis des variations de TOS d’antenne. Plusieurs topologies de PA dérivées de cette solution ont ensuite permis d’adresser les nouvelles problématiques de contrôle de la phase et de l’ajustement de la fréquence de fonctionnement. Ces architectures de PA intégrant les nouveaux concepts développés au cours de la thèse ont été implémentées dans les technologies 130nm SiGe et 65nm CMOS-SOI de STMicroelectronics. Les résultats de mesure ont permis de valider l’architecture du PA autonome avec l’ajustement de la fréquence de fonctionnement et la détection de phase et de tension.Cette approche de conception ne se limite pas aux communications 5G et peut êtrefacilement étendue à d'autres fréquences et pour d’autres applications telles que les télécommunications par satellites (SATCOM). Elle n’est pas dépendante du choix de la technologie silicium et peut être utilisée pour d’autres circuits RF tels que les amplificateurs faible bruit Communications based on beamforming concept require the design of complexsystems using a large number of radio frequency (RF) front-end modules. For theefficient performance of the system, each element must be able to be in its optimalworking zone, which must also be the case for the power amplifier (PA) whose linearity and power depend on the output matching. The amplifier's load impedance, which corresponds to one of the radiating elements of the antenna array, can vary according to its environment (VSWR) and deteriorate the overall performance of the system. In the end, the signal distributed on each antenna to form the global beam must be controlled in phase and amplitude to guarantee the quality of the communication.In this context, the thesis works are related to the new topologies’ research, asthe development of elementary blocks, to create a new power amplifier architecturewhich will be robust to its environment variations. One of the main challenges iscontrolling the phase of the PA and maintaining its RF performances according to themanufacturing process (PVT) variations. Another challenge is to achieve high efficiency PA, while maintaining very good linearity, which is a break with the traditional high efficiency/good linearity trade. In such conditions, the phase control of the PA is a major advantage.A first step in his work consists in proposing a global approach to the PA designin its environment and thus quantifying the impact of the phased-array antennaimpedance variations on the power amplifier RF performances (gain, phase shift). Once the sensitive points have been identified, several PA architectures have been considered to address the problem (s).A first solution with a stand-alone PA improves the robustness against the VSWRantenna variations. Several PA topologies derived from this solution then do it possibleto address the new problems of phase control and fine-tuning of the operatingfrequency. These PA architectures integrating the new concepts developed during thisthesis were implemented in 130nm SiGe and 65nm CMOS-SOI technologies fromSTMicroelectronics. The measurement results validate the architecture of the selfcontained PA with the operating frequency fine-tuning and the phase/voltage detection.This design approach is not limited to 5G communications and can be easilyextended to other frequencies and for other applications such as satellitecommunications (SATCOM). It is not dependent on the silicon technology choice and can be used for other RF circuits such as low noise amplifiers

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El, Amine Ali. "Radio resource allocation in 5G cellular networks powered by the smart grid and renewable energies." Thesis, Ecole nationale supérieure Mines-Télécom Atlantique Bretagne Pays de la Loire, 2019. http://www.theses.fr/2019IMTA0167/document.

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Abstract:

Nous vivons une révolution numérique où l’Internet est devenu un élément essentiel de notre vie quotidienne. Avec plus de 750 millions de foyers connectés et plus de 6,8 milliards d'abonnés à la téléphonie mobile, les réseaux cellulaires dominent le secteur des Technologies de l'Information et de la Communication (TIC) avec plus de 75%. La tendance est à la hausse et ne semble pas avoir de signe de ralentissement dans un avenir proche en raison des nouveaux services et applications en cours. Cependant, cette augmentation radicale des appareils et services TIC a poussé la consommation d'énergie correspondante et son impact sur l'environnement à croître à un rythme effarant, consommant plus de 5% de l'énergie électrique mondiale et libérant dans l'atmosphère environ 2% des émissions de CO2. Étant donné que les stations de base, éléments essentiels de la fourniture d’accès à l’Internet, consomment la plus grande partie de l’énergie des réseaux cellulaires, il est essentiel d’étudier de nouvelles stratégies et architectures afin de prévenir cette pénurie d’énergie. Cette thèse porte sur le rôle essentiel de l'énergie dans la conception et l'exploitation de futurs réseaux cellulaires. Nous considérons des approches différentes et complémentaires, y compris des techniques d'efficacité énergétique (gestion des ressources radio et systèmes de sommeil), des sources d'énergie renouvelables, le Smart Grid et des outils d'apprentissage basés sur l’intelligence artificiel pour réduire la consommation d'énergie de ces réseaux complexes tout en garantissant une certaine qualité de service adapté aux cas d'utilisation 5G We live in the digital era where the Internet has become an essential part of our daily lives. With more than 750 million connected households and over 6.8 billion mobile subscribers, mobile networks are dominating the Information and Communication Technology (ICT) sector with more than 75%. The trend is of further increase and appears to have no signs of slowing down in the near future due to the ongoing new services and applications. However, this radical surge of ICT devices and services has pushed corresponding energy consumption and its footprint on the environment to grow at a staggering rate consuming more than 5% of the world’s electrical energy and releasing into the atmosphere about 2% of the global CO2 emissions. Since base stations, the core elements to provide internet access, consume most of the energy in cellular networks, it is essential to study new strategies and architectures in order to deter this energy crunch. This thesis focuses on the crucial role of energy in the design and operation of future cellular networks. We consider different and complementary approaches and parameters, including energy efficiency techniques (i.e., radio resource management and sleep schemes), renewable energy sources, Smart Grid and tools from machine learning to bring down the energy consumption of these complex networks while guaranteeing a certain quality of service adapted to 5G use cases

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Conceicao, Filipe. "Network survival with energy harvesting : secure cooperation and device assisted networking." Electronic Thesis or Diss., Université Paris-Saclay (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019SACLL020.

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Abstract:

La technologie de réseau cellulaire de 5ème génération (5G) sera le réseau supportant l'Internet des objets (IoT). Elle a introduit une fonctionnalité majeure, communications appareil-à-appareil (D2D), que permettent communications sans fil à consommation d'énergie restreinte en interagissant à proximité et à puissance d'émission plus faible. La coopération entre appareils suscit donc un intérêt considérable pour l'énergie, et peut être utilisé en conjonction avec la récupération d'énergie pour prolonger la durée de vie des appareils. Les programmes de coopération renforcent la mise en réseau d'un appareil à l'autre, ce qui accroît la nécessité d'exécuter des mécanismes de sécurité pour assurer la protection des données et les relations de confiance entre les nœuds du réseau.Ces mécanismes sont fondamentaux pour la protection contre les attaques malveillantes mais elles représentent aussi une importante consommation d'énergie, souvent négligée en raison de l'importance de la protection des données. L'établissement d'un canal securisé peut être coûteux en termes d'utilisation du CPU, la mémoire et la consommation d'énergie, surtout si les appareils sont limités en ressources. La confidentialité et l’intégrité des données ont un faible coût énergétique, mais sont utilisées en permanence. Il est donc nécessaire de quantifier la consommation d'énergie engendrée par la sécurité d'un appareil. Un modèle énergétique basé sur la sécurité est proposé pour répondre à cet objectif.Dans les réseaux composés d'équipements d'utilisateurs (UE), la mobilité est une caractéristique clé. Elle peut agir sur la connexion à proximité d'objets IoT, étendant la couverture 5G vers l'IoT via les UEs. Une solution d'authentification légère est présentée qui permet par l'authentification directe et des communications UE-IoT, d'étendre la couverture et réaliser des économies d'énergie potentielles importantes. Cette approche peut être particulièrement utile en cas de catastrophe où l'infrastructure réseau peut ne pas être disponible.La condentialité et l'authentification des données sont une source de consommation d'énergie importante. Les appareils équipés avec équipements de collecte d'énergie (EH) peuvent avoir un excédent ou un déficit d'énergie. La sécurité appliquée peut donc être ajustée en fonction de l'énergie disponible d'un appareil, en introduisant l'établissement de canal sécurisé qui tient compte de la consommation d'énergie. Après avoir étudié en profondeur les normes 5G, il a été constaté que les réseaux d'UE D2D utilisant ce type de norme dépenseraient une quantité importante d'énergie et seraient généralement moins sûr. Un mécanisme léger de recléage est donc proposé pour réduire les coûts liés cette adaptation. Pour compléter le concept de canal sécurisé prenant en compte l'énergie et le mécanisme de recléage, une méthode de bootstrapping des paramètres de sécurité est également présentée. Le méthode désigne le cœur du réseau (CN) comme responsable de la politique de sécurité, rend l'ensemble du réseau plus sûr et aide à prévenir les pannes de communication. L'adaptation susvisé requiert l'étude du compromis entre l’énergie et sécurité. À cette fin, un processus décisionnel de Markov (MDP) modélisant un canal de communication est présenté lorsqu'un agent choisit les éléments de sécurité à appliquer aux paquets transmis. Ce problème d'optimisation du contrôle stochastique est résolu par plusieurs algorithmes de programmation dynamique et d’apprentissage par le renforcement (RL). Les résultats montrent que l'adaptation susvisé peut prolonger de manière significative la durée de vie de l'équipement et de la batterie, et améliore la fiabilité des données tout en offrant des fonctions de sécurité. Une étude comparative est présentée pour les différents algorithmes RL. Puis une approche d'apprentissage Q-profond (DQL) est proposé que améliore la vitesse d'apprentissage de l'agent et la fiabilité des données The 5th Generation Cellular Network Technology (5G) will be the network supporting the Internet of Things (IoT) and it introduced a major feature, Device-to-Device (D2D) communications. D2D allows energy-constrained wireless devices to save energy by interacting in proximity at a lower transmission power. Cooperation and device-assisted networking therefore raise signicant interest with respect to energy saving, and can be used in conjunction with energy harvesting to prolong the lifetime of battery-powered devices. However, cooperation schemes increase networking between devices, increasing the need for security mechanisms to be executed to assure data protection and trust relations between network nodes. This leads to the use of cryptographic primitives and security mechanisms with a much higher frequency.Security mechanisms are fundamental for protection against malicious actions but they also represent an important source of energy consumption, often neglected due to the importance of data protection. Authentication procedures for secure channel establishment can be computationally and energetically expensive, especially if the devices are resource constrained. Security features such as condentiality and data authentication have a low energetic cost but are used constantly in a device engaged in data exchanges. It is therefore necessary to properly quantify the energy consumption due to security in a device. A security based energy model is proposed to achieve this goal.In User Equipment (UE) D2D networks, mobility is a key characteristic. It can be explored for connecting directly in proximity with IoT objects. A lightweight authentication solution is presented that allows direct UE-IoT communications, extending coverage and potentially saving signicant energy amounts. This approach can be particularly useful in Public Protection and Disaster Relief (PPDR) scenarios where the network infrastructure may not be available.Security features such as condentiality or data authentication are a significant source of consumption. Devices equipped with Energy Harvesting (EH) hardware can have a surplus or a deficit of energy. The applied security can therefore be adjusted to the available energy of a device, introducing an energy aware secure channel. After in depth analysis of 5G standards, it was found that D2D UE networks using this type of channel would spend a signicant amount of energy and be generally less secure. A lightweight rekeying mechanism is therefore proposed to reduce the security overhead of adapting security to energy. To complete the proposed rekeying mechanism, a security parameter bootstrapping method is also presented. The method denes the Core Network (CN) as the security policy maker, makes the overall network more secure and helps preventing communication outages.Adapting security features to energy levels raises the need for the study of the energy/security tradeoff. To this goal, an Markov Decision Process (MDP) modeling a communication channel is presented where an agent chooses the security features to apply to transmitted packets. This stochastic control optimization problem is solved via several dynamic programming and Reinforcement Learning (RL) algorithms. Results show that adapting security features to the available energy can signicantly prolong battery lifetime, improve data reliability while still providing security features. A comparative study is also presented for the different RL learning algorithms. Then a Deep Q-Learning (DQL) approach is presented and tested to improve the learning speed of the agent. Results confirm the faster learning speed. The approach is then tested under difficult EH hardware stability. Results show robust learning properties and excellent security decision making from the agent with a direct impact on data reliability. Finally, a memory footprint comparison is made to demonstrate the feasibility of the presented system even on resource constrained devices

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Abdelfattah, Amr. "Fair coexistence between LTE and Wi-Fi in unlicensed spectrum." Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2018. http://www.theses.fr/2018SORUS261.

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Abstract:

Les systèmes de communication des nouvelles générations telles que LTE et LTE-Advanced, leur performance sont déjà proches de la fameuse limite de Shannon en terme d'efficacité spectrale ! Ceci motive les opérateurs mobiles à augmenter la capacité de leurs réseaux cellulaires en se dirigeant vers le déchargement du trafic de données du spectre sous licence vers le spectre sans licence, ce qui constitue une solution prometteuse. LTE dans le spectre sans licence a été proposé pour étendre le fonctionnement habituel de LTE dans le spectre sous licence pour couvrir également le spectre sans licence. Cependant, cette extension pose des défis importants en particulier en ce qui concerne la coexistence entre LTE et Wi-Fi. Le nouveau entrant LTE devrait cohabiter assez bien avec Wi-Fi en place pour que le LTE puisse être considéré comme compatible Wi-Fi. Sachant que LTE et Wi-Fi ont été conçus à l'origine pour différents objectifs de mise en réseau, l'hétérogénéité entre leurs couches MAC et PHY est assez élevée, ainsi, assurer la coexistence équitable est vraiment un grand défi. Dans cette thèse, nous cherchons à étudier en profondeur les performances LTE et Wi-Fi dans différents scénarios de coexistence où LTE adopte l'un des nouveaux protocoles de quatre couches MAC qui ont été proposées pour LTE dans le spectre sans licence par 3GPP. Notre approche de recherche est basée sur la fourniture de plusieurs modèles analytiques qui décrivent en détail l'interaction LTE/Wi-Fi par rapport à l'accès au canal. Pour améliorer encore la coexistence LTE / Wi-Fi, LTE doit également s'attaquer au problème qui provient de l'hétérogénéité de sa couche PHY avec la couche PHY de Wi-Fi. Nous avons présenté une solution simple pour résoudre le problème précédent basé sur l'ajustement adaptatif du seuil de détection d'énergie pour le LTE et le Wi-Fi The next-generation communication systems such as LTE and LTE-Advanced, their performance is already close to the well-known Shannon bound in terms of spectrum efficiency! This motivates mobile operators to increase the capacity of their cellular networks by moving towards data traffic offloading from licensed to unlicensed spectrum which stands out as a promising solution. LTE in unlicensed spectrum has been proposed to extend the usual operation of LTE in licensed spectrum to cover also unlicensed spectrum. However, this extension poses significant challenges especially regarding the coexistence between LTE and Wi-Fi. The new entrant LTE should fairly coexist with the incumbent Wi-Fi so that LTE can be considered as Wi-Fi-friendly. Knowing that LTE and Wi-Fi were originally designed for different networking purposes, the heterogeneity between their both MAC and PHY layer are quite high, and thus, ensuring the fair coexistence is really a great challenge. In this thesis, we are looking for studying deeply both LTE and Wi-Fi performance in different coexistence scenarios where LTE adopts one of the new four-MAC Layer protocols which were proposed for LTE in unlicensed spectrum by 3GPP. Our research approach is based on providing several analytical models that describe LTE/Wi-Fi interaction in detail with respect to the channel access. To further enhance LTE/Wi-Fi coexistence, LTE has also to tackle the problem that comes from its PHY layer heterogeneity with Wi-Fi PHY layer. We have presented a simple solution to tackle the previous problem based on adaptive adjustment of the energy detection threshold for both LTE and Wi-Fi

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Dissertations / Theses on the topic 'Technologie 5G'

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