June 18th, 25-26/105

Rapporteurs:
• M. Mostafa Ammar          - Professeur, Georgia Institute of Technology
• Mme. Véronique Vèque      - Professeur, Université Paris-Sud
• M. André-Luc BEYLOT       - Professeur, Université de Toulouse

Examinateur:
• M. Salah Eddine ELAYOUBI  - Professeur, Ecole CentraleSupélec
• Mme. Maria POTOP-BUTUCARU - Professeur, Sorbonne Université
• M. Tijani CHAHED          - Professeur, Ecole Telecom SudParis

Directeur de thèse:
• M. Naceur Malouch         - Maître de conférence (HDR), Sorbonne Université

*Résumé:*

Les systèmes de communication des nouvelles générations telles que LTE et LTE-Advanced, leur performance sont déjà proches de la fameuse limite de Shannon en terme d'efficacité spectrale ! Ceci motive les opérateurs mobiles à augmenter la capacité de leurs réseaux cellulaires en se dirigeant vers le déchargement du trafic de données du spectre sous licence vers le spectre sans licence, ce qui constitue une solution prometteuse. LTE dans le spectre sans licence a été proposé pour étendre le fonctionnement habituel de LTE dans le spectre sous licence pour couvrir également le spectre sans licence. Cependant, cette extension pose des défis importants en particulier en ce qui concerne la coexistence entre LTE et Wi-Fi. Le nouveau entrant LTE devrait cohabiter assez bien avec Wi-Fi en place pour que le LTE puisse être considéré comme compatible Wi-Fi. Sachant que LTE et Wi-Fi ont été conçus à l'origine pour différents objectifs de mise en réseau, l'hétérogénéité entre leurs couches MAC et PHY est assez élevée, ainsi, assurer la coexistence équitable est vraiment un grand défi.
Dans cette thèse, nous cherchons à étudier en profondeur les performances LTE et Wi-Fi dans différents scénarios de coexistence où LTE adopte l'un des nouveaux protocoles de quatre couches MAC qui ont été proposées pour LTE dans le spectre sans licence par 3GPP. Notre approche de recherche est basée sur la fourniture de plusieurs modèles analytiques qui décrivent en détail l'interaction LTE/Wi-Fi par rapport à l'accès au canal. Pour améliorer encore la coexistence LTE / Wi-Fi, LTE doit également s'attaquer au problème qui provient de l'hétérogénéité de sa couche PHY avec la couche PHY de Wi-Fi. Nous avons présenté une solution simple pour résoudre le problème précédent basé sur l'ajustement adaptatif du seuil de détection d'énergie pour le LTE et le Wi-Fi.

The members of the jury are:

Reviewers:
• M. Mostafa Ammar          - Professeur, Georgia Institute of Technology
• Mme. Véronique Vèque      - Professeur, Université Paris-Sud
• M. André-Luc BEYLOT       - Professeur, Université de Toulouse

Examiners:
• M. Salah Eddine ELAYOUBI  - Professeur, Ecole CentraleSupélec
• Mme. Maria POTOP-BUTUCARU - Professeur, Sorbonne Université
• M. Tijani CHAHED          - Professeur, Ecole Telecom SudParis

Supervisor:
• M. Naceur Malouch         - Maître de conférence (HDR), Sorbonne Université

*Abstract*

The next-generation communication systems such as LTE and LTE-Advanced, their performance is already close to the well-known Shannon bound in terms of spectrum efficiency! This motivates mobile operators to increase the capacity of their cellular networks by moving towards data traffic offloading from licensed to unlicensed spectrum which stands out as a promising solution. LTE in unlicensed spectrum has been proposed to extend the usual operation of LTE in licensed spectrum to cover also unlicensed spectrum. However, this extension poses significant challenges especially regarding the coexistence between LTE and Wi-Fi. The new entrant LTE should fairly coexist with the incumbent Wi-Fi so that LTE can be considered as Wi-Fi-friendly. Knowing that LTE and Wi-Fi were originally designed for different networking purposes, the heterogeneity between their both MAC and PHY layer are quite high, and thus, ensuring the fair coexistence is really a great challenge.
In this thesis, we are looking for studying deeply both LTE and Wi-Fi performance in different coexistence scenarios where LTE adopts one of the new four-MAC Layer protocols which were proposed for LTE in unlicensed spectrum by 3GPP. Our research approach is based on providing several analytical models that describe LTE/Wi-Fi interaction in detail with respect to the channel access. To further enhance LTE/Wi-Fi coexistence, LTE has also to tackle the problem that comes from its PHY layer heterogeneity with Wi-Fi PHY layer. We have presented a simple solution to tackle the previous problem based on adaptive adjustment of the energy detection threshold for both LTE and Wi-Fi.