Intérêt de la communication direct entre équipements mobiles dans les réseaux radio sans fil.

This thesis studies D2D communication in realistic and challenging scenarios for future wireless systems. In particular, the thesis focuses on how may D2D communication help other technologies to enhance their performance. The first wireless scenario is the one of multicasting, used for example in video streaming or common alert message transmission for police, firefighters or ambulances. The second wireless scenario is the critical one of URLLC expected to be used to avoid cars crashes in the upcoming V2X context, and also when connecting machines together in environments like connected hospitals, airports, factories (industry 4.0), and last but not least in e-health context in order to enhance medical tele-surgery. The last wireless scenario is the one of UE group localization in the context of massive IoT, where devices are interacting with each other and are mostly confined in local groups, needing local services. In the multicast channel scenario, where a transmitter wishes to convey a common message to many receivers, it is known that the multicast rate decrease as the number of UEs increases. This vanishing behavior changes drastically when enabling the receivers to cooperate with each other via D2D. Indeed, the multicast rate increases with high probability when the number of receivers increases. This chapter also analyzes the outage rate of the proposed scheme in the same setting. Extensions regarding firstly resource utilization and secondly considering the use of HARQ are also analyzed. Next chapter addresses one of the major challenges for future networks, named URLLC. Specifically, the chapter studies the problem of HARQ with delayed feedback, where the transmitter is informed after some delay on whether or not his transmission was successful. The goal is to minimize the expected number of retransmissions subject to a reliability constraint within a delay budget. This problem is studied at two levels: (i) a single transmitter faced with a stochastic i.i.d. noisy environment and (ii) a group of transmitters whom shares a collision channel. Then the chapter that follows provides a cooperative UE mapping method that is highly accurate. Four different channel models are studied in this chapter: LOS and NLOS for indoor and outdoor environments. The results show significant improvement compared to already existing methods. Identifying the dense local areas in real time and informing the network allows the Base Station (BS) to increase the capacity through highly directive beams, and therefore, avoids the deployment cost of new infrastructure.Dans cette thèse, nous étudions plusieurs scénarios de communication pour les futurs réseaux sans fil. Plus particulièrement, cette thèse porte son attention sur comment la communication directe entre équipements mobiles (D2D) peut améliorer les performances des technologies existantes dans les systèmes sans fil. Le premier scénario étudié durant cette thèse est celui de la communication par multidiffusion d’un message commun entre un émetteur et plusieurs récepteurs. Il peut être illustré par le streaming vidéo, les messages d’alerte à destination de la police ou des pompiers ou des ambulanciers. Le second scénario étudié est celui d’une transmission à contraintes critiques en latence et en fiabilité. Ce dernier est illustré par son implication primordiale dans les futures technologies telles que les voitures connectées, avec pour but d’éviter des accidents, ou bien les machines connectées pour améliorer les services hospitaliers tels que la télé-chirurgie entre autres. Le dernier scénario étudié est celui de la localisation d’un groupe d’équipement dans un réseau densément peuplé tel qu’on peut trouver dans le contexte des objets connectés en masse. En général les objets communiquent entre eux à un niveau local et sont intéressés par des services communs et locaux. Plus concrètement, dans cette thèse, nous montrons les bienfaits de la communication D2D dans les trois scénarios précédents. Dans le cas du premier scénario de multidiffusion, contrairement à la tendance habituelle d’avoir un taux de transmission qui diminue en fonction du nombre d’équipements mobiles (en particulier, car l’équipement émetteur doit adapter sa transmission à l’équipement récepteur en plus mauvaise condition), en ajoutant la communication D2D, on observe que ce même taux de transmission augmente en fonction du nombre d’équipements mobiles présents. Dans le deuxième scénario où la communication est soumise à des contraintes de fiabilité et de latence exigeantes, nous déduisons une politique de retransmission optimale et proposons une autre politique semi-optimale qui est beaucoup moins gourmande en temps et qui a prouvé son optimalité dans plusieurs cas pratiques. Enfin dans le dernier scénario, nous proposons une méthode de localisation d’équipements mobile et l’étudions dans plusieurs environnements (avec et sans visibilité directe dans les cas intra-muros et extérieurs). L’identification de ces zones est ensuite utilisée pour créer de petites cellules virtuelles adaptatives aux situations changeantes et non prédictibles, dans le but de réduire les coûts liés aux infrastructures actuelles