Multi-cell multi-user MIMO aspects : delay, transceiver design, user selection and topology

Afin de répondre au besoin de capacité dans les réseaux sans fil, les techniques de transmission, et les modèles pour les étudier, ont évolués rapidement. Des communications point à point avec une seule antenne nous sommes passé aux réseaux cellulaires de nos jours: de multiples cellules et de multiples antennes. Progressivement, plusieurs hypothèses ont été faites, soit afin d'avoir des modèles réalistes, mais aussi parfois pour permettre une analyse plus simple. Nous analysons l'impact de trois aspects des réseaux réels. Nous nous concentrons sur le délai dans l'acquisition des coefficients des canaux par l'émetteur puisque sa prise en compte détériore grandement le gain de multiplexage du canal si rien n'est fait pour utiliser efficacement le temps mort au cours duquel les émetteurs ne transmettent pas et n'ont pas encore la connaissance du canal. Nous proposons des schémas de transmission pour utiliser efficacement ce temps mort afin d'améliorer le gain de multiplexage. Dans les réseaux multi-cellulaires, un schéma de transmission optimal est proposé et permet de n'avoir aucune perte de gain de multiplexage même en cas de retard important dans la connaissance de canal. Concernant le nombre d'utilisateurs, nous proposons un nouveau critère pour la sélection des utilisateurs de les configurations à une seule cellule afin de bénéficier de la diversité multi-utilisateurs, et nous proposons deux schémas d'alignement d'interférence pour systèmes multicellulaires afin de bénéficier du fait qu'il y a généralement plusieurs utilisateurs dans chaque cellule. Des schémas bénéficiant de la connectivité partielle pour augmenter le gain de multiplexage sont également proposés.In order to meet ever-growing needs for capacity in wireless networks, transmission techniques and the system models used to study their performances have rapidly evolved. From single-user single-antenna point-to-point communications to modern multi-cell multi-antenna networks there have been large advances in technology. Along the way, several assumptions are made in order to have either more realistic models, but also to allow simpler analysis. We analyze three aspects of actual networks and try to benefit from them when possible or conversely, to mitigate their negative impact. We focus on the delay in the CSI acquisition. Precisely, when taken into account, this delay greatly impairs the channel multiplexing gain if nothing is done to use the dead time during which the transmitters are not transmitting and do not yet have the CSI. We review and propose different schemes to efficiently use this dead time to improve the multiplexing gain in both the BC and the interference channel (IC). We evaluate the more relevant net multiplexing gain, taking intoaccount the training and feedback overhead. Results are surprising because potential schemes to fight delay reveal to be burdened byimpractical overheads in the BC. In the IC, an optimal scheme is proposed. It allows avoiding any loss of multiplexing gain even forsignificant delay in the CSI acquisition. Concerning the number of users, we propose a new criterion for the greedy user selection in a BC to benefit of the multi-user diversity, and two interference alignment schemes for the IC to benefit of having multiple users in each cell. Finally, partially connected cellular networks are considered and schemes to benefit from said partial connectivity to increase the multiplexing gain are proposed