Analyse de la Liaison Descendante dans les Réseaux Cellulaires Assistés par des Véhicules Aériens sans Pilote (VAP) Equipés par des Antennes MIMO

Abstract

Le principal défi auquel sont actuellement confrontés les opérateurs de réseaux 5G est de fournir une couverture transparente et omniprésente dans les villes denses remplies de bâtiments de grande hauteur, et de combler les vides de couverture dans les zones éloignées tout en veillant à ce que tous les utilisateurs aient accès à des services fiables et de haute qualité. L'utilisation de stations de base montées sur drones (UBSs) est considérée comme une avancée significative dans les réseaux 5G et au-delà. Cette technologie permet une couverture globale des réseaux de communication 3D surmontant ainsi les limites de couverture des réseaux terrestres traditionnels. L'objectif de cette thèse est de mener une étude complète en utilisant la géométrie stochastique pour modéliser avec précision les systèmes, développer de nouvelles technologies, analyser et évaluer la performance des réseaux 3D à ondes millimétriques dans divers scénarios de déploiement. Dans ce contexte, deux modèles ont été proposés : le premier consiste à un essaim d’UBSs à un seul niveau dans des régions isolées où les UBSs utilisent le 3D beamforming et le deuxième consiste à un réseau hétérogène vertical (VHetNet) dans des zones de points chauds avec des blocages 3D de bâtiments et des systèmes de beamforming MIMO multi-utilisateurs (MU-MIMO). Les résultats ont indiqué que l’assistance des UBSs dans les régions isolées avec un angle de tilt optimal permet de fournir une couverture maximale. En outre, les VHetNets avec le beamforming MU-MIMO peuvent faciliter l'établissement d'un réseau cellulaire volant dynamique, permettant la fourniture de services sans fil à couverture élevée, même en présence de blocages 3D. The main challenge currently facing 5G network operators is to provide seamless, ubiquitous coverage in dense cities filled with high-rise buildings, and to fill coverage gaps in remote areas while ensuring that all users have access to reliable, high-quality services. The use of UAV-mounted base stations (UBSs) is considered a significant advancement in the 5G and beyond networks. This technology enables global 3D communication network coverage overcoming the coverage limitations of traditional terrestrial networks. This thesis aims to conduct a comprehensive study using stochastic geometry to accurately model systems, develop new technologies, analyze and evaluate the performance of 3D millimeter-wave (mmWave) networks in various deployment scenarios. In this context, two models have been proposed: the first consists of a swarm of single-tier UBSs in isolated regions where the UBSs use 3D beamforming, and the second consists of a vertical heterogeneous network (VHetNet) in hotspot areas with 3D blockages of buildings and multiuser multiple-input-multiple-output (MU-MIMO) beamforming systems. The results indicated that the assistance of UBSs in isolated regions with optimum tilt angle can provide maximum coverage. In addition, VHetNets with MU-MIMO beamforming can facilitate the establishment of a dynamic flying cellular network, enabling the provision of high-coverage wireless services, even in the presence of 3D blockages.