Definition and performance analysis of new cooperative protocols
Définition et analyse des performances de nouveaux protocoles coopératifs
Résumé
In cooperative networks, multiple nodes cooperate to form a virtual antenna array and exploit space-time diversity. The relay channel is first investigated. In order to improve performance at low SNRs, an adaptive strategy is proposed for both amplify-and-forward (AF) and decode-and-forward (DF) protocols. This strategy chooses the best transmission scheme in term of mutual information for each channel realization. To define an easily implementable and efficient DF protocol, we propose to use an incomplete decoding at relays. This technique provides both full rate and full diversity. Its DMT is similar to the one of the well-known non-orthogonal AF (NAF). In order to reduce the decoding complexity at relays, we also propose two decoding methods based on the space-time block code (STBC) structure and diophantine approximation, respectively. When several sources need to transmit simultaneously, a cooperative multiple access (CMA) channel has to be considered. A practical implementation and two modifications of the CMA-NAF protocol defined by Azarian et al. are proposed, as well as a DF variant, the CMA-IDF. These protocols provide better asymptotic performance and their DMT is closer to the MISO bound. Finally, if the direct link between source and destination is nonexistent or experiences too much fading, a multihop strategy has to be used. In this thesis, a protocol is proposed for the K-parallel-path (KPP) network, based on path selection combined with a small STBC. This protocol achieves the optimal DMT of the KPP channel with a limited complexity.
Dans un réseau coopératif, différents noeuds coopèrent afin de créer un réseau d'antennes virtuel et exploiter la diversité spatio-temporelle. On s'intéresse d'abord au canal à relai. Afin d'améliorer les performances à bas SNR, on propose une stratégie adaptative pour les protocoles "amplify-and-forward" (AF) et "decode-and-forward" (DF) qui détermine la meilleure technique de transmission en fonction du canal. Afin de définir un protocole DF à la fois performant et facile à implémenter, on propose ensuite d'utiliser un décodage incomplet aux relais. Cette technique permet d'atteindre les gains de multiplexage et de diversité maximaux, son DMT est le même que celui du protocol AF non-orthogonal (NAF). Pour réduire la complexité aux relais, deux nouvelles méthodes de décodage sont proposées, basées pour l'une sur la structure des codes TAST, et pour l'autre sur une approximation diophantienne. Dans le cas où plusieurs sources transmettent simultanément, on parle de canal coopératif à accès multiple (CMA). Une implémentation pratique et deux améliorations du protocole CMA-NAF sont proposées, ainsi qu'une variante utilisant une stratégie DF. Ces protocoles permettent d'atteindre de meilleures performances asymptotiques et leur DMT est plus proche de la borne MISO. Enfin, si le lien direct entre source et destination est inutilisable, on utilise une stratégie multi-saut. Dans cette thèse, on propose un protocole pour le canal "K-parallel-path" (KPP), basé sur la sélection de chemin combinée avec un code spatio-temporel de faible dimension. Ce protocole permet d'atteindre les limites théoriques du canal tout en ayant une complexité limitée.