Improving the reliability of cooperative wireless communications by exploiting network coding

Abstract

La demande sans cesse croissante de services et de performances dans les réseaux sans fil oblige les chercheurs à améliorer les solutions existantes et à rechercher de nouvelles solutions pour une meilleure conception et conception des systèmes de communication. Le concept de coopération a été formalisé dans les futurs réseaux mobiles, notamment la radio cognitive et l'Internet des objets. La bonne combinaison du concept de coopération et du paradigme de codage réseau, et grâce à la nature de diffusion des canaux sans fil, peut conduire à des améliorations significatives des performances des communications sans fil. Dans cette thèse, nous mettons d’abord en évidence les avantages de l’application conjointe du codage canal de Reed-Solomon avec le codage réseau dans les réseaux de communication coopératifs. En mettant l’accent sur la transmission de symboles non binaires, nous montrons l’amélioration obtenue en termes de taux d’erreur de symboles outre l’augmentation du débit du système et du gain de diversité. Nous développons également une expression analytique précise sous forme fermée de la probabilité de panne pour chaque source-destination dans un réseau sans fil basé sur le codage et la coopération de réseau (NCC) sur les canaux à évanouissement Nakagami-m. La relation analytique dérivée est validée avec des simulations Monte-Carlo de la probabilité de panne basées sur le rapport signal/bruit équivalent global au sein de chaque paire source-destination. En outre, nous étudions l'effet de la variation du facteur d'évanouissement (valeur m) de différentes liaisons sur les performances de probabilité de panne de bout en bout, ce qui donne des résultats intéressants qui peuvent être cruciaux pour les procédures de sélection de relais et d'allocation de puissance. De plus, nous dérivons l’ordre de diversité pour la version étendue généralisée des réseaux sans fil codés en réseau coopératif. Nous proposons une nouvelle stratégie qui améliore la fiabilité de la transmission de données depuis plusieurs sources vers une destination (station de base) via plusieurs relais. Il introduit et exploite la coopération d'un ensemble spécifique de nœuds sources en combinaison avec une application de codage de réseau linéaire aléatoire (RLNC) au niveau des relais et de la destination. La destination sélectionne les sources coopératives en fonction du rapport signal/bruit instantané le plus élevé, puis génère une matrice carrée de coefficients et envoie une matrice augmentée aux relais. L'amélioration significative du taux d'erreur de symbole pour diverses valeurs du rapport signal sur bruit et de l'exposant de perte de trajet confirme fortement la fiabilité et l'efficacité de notre approche proposée. Enfin, nous présentons une solution originale et pratique qui peut éliminer complètement les lourdes surcharges et les retransmissions dans les réseaux de relais basés sur RLNC. Ceci est réalisé par la mise en œuvre d'un livre de codes de départ sur chaque nœud du réseau concerné par le codage et le décodage RLNC et en assurant la génération de matrices de coefficients de rang complet avec des éléments dans des champs de Galois.