Allocation des ressources dans les réseaux cellulaires basée sur NOMA

Cette thèse vise à optimiser l'allocation des ressources au sein des systèmes NOMA, en particulier les systèmes NOMA coopératifs en liaison descendante, dans des configurations de stations de base à antenne unique et à antennes multiples. L'objectif est de maximiser l'efficacité spectrale et énergétique, tout en proposant des schémas NOMA plus efficaces qui peuvent tirer parti des avantages du NOMA et répondre aux limitations des schémas actuellement considérés en termes de consommation d'énergie et de complexité des récepteurs. Dans la première contribution, un système NOMA coopératif basé sur le découpage du réseau est étudié pour accueillir à la fois des utilisateurs cellulaires et des paires de dispositifs à dispositifs (D2D) répondant aux exigences de communication mobile large bande améliorée (eMBB) et de communication ultra fiable à faible latence (URLLC). Le problème d'optimisation est formulé comme une maximisation du débit total avec trois variables d'optimisation : le regroupement des utilisateurs NOMA, l'admission sous-jacente des D2D et l'allocation des blocs de ressources. Le problème est décomposé en trois sous-problèmes. Une solution algorithmique séquentielle est proposée, commençant par le regroupement des utilisateurs, suivie de l'allocation des blocs de ressources, et enfin de l'admission des D2D. Les sous-problèmes de regroupement des utilisateurs et d'admission des D2D sont résolus à l'aide d'une solution de théorie de correspondance de type plusieurs-à-un à faible complexité. Le problème d'allocation des blocs de ressources est résolu par une approche heuristique. Dans la deuxième contribution, nous revisitons le compromis entre l'accès des utilisateurs et la complexité de l'annulation d'interférence successive (SIC) des récepteurs NOMA. À mesure que davantage d'utilisateurs partagent les mêmes ressources, l'interférence et la complexité de la SIC augmentent. Contrairement aux schémas NOMA conventionnels basés sur des paires, nous proposons un schéma NOMA coopératif chevauchant, où chaque utilisateur en bord de cellule peut partager des ressources avec plusieurs utilisateurs au centre de la cellule, même si les utilisateurs au centre de la cellule utilisent des ressources orthogonales entre eux. Cette approche améliore la connectivité des utilisateurs, renforce les performances des utilisateurs en bord de cellule et maintient une faible complexité de SIC. Le problème est formulé comme une maximisation de la satisfaction des Qualité de Service (QoS) des utilisateurs en bord de cellule et est résolu à l'aide d'un algorithme de théorie de correspondance de type plusieurs-à-plusieurs avec des stratégies d'échange et d'ajout/suppression. Dans la troisième contribution de la thèse, nous proposons un système hybride d'accès multiple par division spatiale (SDMA)/NOMA, pour s'adapter entre les utilisateurs accédant par NOMA et SDMA en fonction de leur consommation d'énergie. Dans le modèle de consommation d'énergie, contrairement à la littérature NOMA où la puissance est induite par les unités SIC au niveau du récepteur est négligée, nous introduisons un modèle de consommation d'énergie dynamique basé sur la puissance SIC. Le problème est formulé comme une maximisation de l'efficacité énergétique en optimisant la sélection du mode d'accès multiple, le beamforming de la station de base et l'allocation de puissance des utilisateurs. Cette approche empêche une surestimation de l'efficacité énergétique, entraînant une réduction de l'écart entre l'analyse théorique et la conception du système, ce qui est particulièrement critique pour les dispositifs NOMA contraints par l'énergie. Le problème est résolu en utilisant des approches d'approximation convexe successive (SCA), de programmation par différences convexes (DC) et de programmation semi-définie (SDP).