5G scenarios and evolutions in the new millimeter-wave bands
Scénarios d'usage et évolutions de la 5G dans les nouvelles bandes millimétriques
Résumé
The 5th generation (5G) of mobile communication systems is intended to offer a wide range of applications subject to various constraints in terms of throughputs, low latency communications and high network capacity to support a large number of connected devices. To face these challenging requirements, the use of millimeter-wave (mmWave) frequency bands has become one of the 5G key technologies due to the availability of huge amount of bandwidth. -In order to overcome the attenuation of electromagnetic waves in these frequency bands, directional antennas with narrow beams are recommended. -However, concentrating all energy towards the main propagation path through directional communication eliminates the diversity offered by the multipath and represents a real risk of a sudden interruption of communication in the event of obstacles (human or vehicle) in the beam pointing direction. Such a scenario is known as human (or vehicle) blockage phenomenon in mmWave bands. This thesis deals with the impact of human blockage on 5G communication systems. The analysis of communication performance in terms of block error rate (BLER) with and without the influence of human blockage is proposed, thanks to the implementation of the 5G physical layer in a simulation tool. Based on BLER performance, a link budget is also established in order to evaluate the impact of blockage on the cell coverage. Furthermore, as multibeam antenna (MBA) systems represent a promising candidate to mitigate the effect of blocking, a generic and theoretical approach is proposed to model such an antenna that can be used for performance prediction. The validation with the existing MBAs in different frequency bands is carried out. The proposed antenna model is flexible, more complete and realistic for mmWave systems than the antenna models suggested in the standards.
La cinquième génération de réseaux de téléphonie mobile, appelée 5eme génération, ou 5G, offre une gamme exceptionnelle de services, soumis à des contraintes de débits, faible latence et une grande capacité du réseau pour supporter un nombre important d’objets communicants. Pour faire face à ces différentes contraintes, l’usage des hautes fréquences, également appelées bandes millimétriques constitue une réelle opportunité en raison de la disponibilité d’importantes bandes passantes. Afin d’exploiter le potentiel de ces fréquences et surtout éviter la forte atténuation du signal, la tendance est d’utiliser des antennes directives. En revanche, focaliser toute l’énergie dans une et seule direction de propagation peut conduire à une rupture brusque du lien de communication, due à la présence d’une personne ou d’un véhicule. Dans ce contexte on parle de blocage qui se traduit par la forte atténuation de la puissance du signal. Les travaux de cette thèse ont consisté dans un premier temps à évaluer l’impact du blocage sur les performances en termes de taux de blocs erronés (BLER) grâce au développement d’une chaine de communication couche physique 5G. Ensuite, l’effet du blocage est aussi analysé sur la portée de la communication à travers le bilan de liaison. Toutefois, comme les antennes multifaisceaux sont prometteuses dans la gestion du phénomène de blocage, une modélisation théorique et générique du diagramme de rayonnement est aussi proposée dans cette thèse. Comparé aux modèles d’antennes proposés par les standards dans la modélisation du canal, ce modèle est plus flexible, réaliste et adapté à la communication dans les bandes millimétriques.
Origine : Version validée par le jury (STAR)