Etude d'une transmission hauts débits avec drone dans le contexte de la norme 5G-advanced et au-delà // Study of high-speed transmission with drone in the context of the 5G-advanced standard and beyond

Aujourd'hui, la connectivité est indispensable pour de nombreux cas d'usage. Du simple capteur aux applications très gourmandes en bande passante comme la réalité virtuelle; des utilisateurs statiques aux utilisateurs ultra-rapides comme les drones, les trains à grande vitesse et les satellites; chacun d'entre eux nécessite un réseau adapté à ses contraintes. Cependant, au lieu de proposer des normes multiples pour des applications multiples, une normalisation unifiée peut accélérer la mise en œuvre et l'industrialisation de ces appareils connectés hétérogènes.

La 5e génération de réseaux mobiles sans fil a été soumise à de nombreuses contraintes pour répondre aux nouvelles applications émergentes. Comme auparavant, la recherche se concentre désormais sur la prochaine génération, la 6G, afin d'intégrer de nouvelles applications sous une structure unifiée. Pour préparer les recommandations 6G, le 3GPP a publié sa 18e version, qui spécifie la passerelle reliant la 5G à la 6G, appelée 5G-Advanced. Elle peut être considérée comme un banc d'essai pour éprouver les spécifications 6G.

L'un des cas d'usage mis en avant dans cette version concerne l'intégration de drones (UAV) dans un réseau 6G. La communication avec ce type d'UE diffère de celle des smartphones. Tout d'abord, la bande passante requise peut être bien supérieure à celle des UE classiques, en raison des contenus multimédias en temps réel. De plus, ces contenus peuvent être utilisés pour contrôler le drone, ce qui nécessite une liaison à très faible latence. Ces contraintes doivent être prises en compte, ainsi que la forte mobilité, qui crée une dispersion fréquentielle et temporelle classique. De nouvelles formes d'onde de modulation, autres que l'OFDM, telles que l'OTFS ou le banc de filtres 2D-FFT, doivent être envisagées et comparées.
Deuxièmement, les applications 5G sont davantage concentrées dans les UE terrestres. Un drone à plus de 300 m d'altitude doit être envisagé, car il est en connexion LoS avec de nombreux points d'accès. Ce phénomène peut potentiellement massivemengt générer de l'interférences sur le réseau. Des antennes directives et de tracking sont nécessaires aux points d'accès et aux drones pour réduire les interférences.
Le problème des hand-over fréquents est un autre défi lié à la vitesse des drones. Ceci peut être observé dans un système sans cellule (cell-free), où un groupe de points d'accès sélectionnés peut desservir le drone. Ici, une antenne de poursuite multifaisceaux aux points d'accès et au drone semble incontournable.
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Today, the connectivity for many different use cases is a necessity. It goes from a simple sensor to very bandwidth-hungry applications such as virtual reality; from static user equipment to very fast-moving ones like drone, high speed trains and satellite; each of which needs its proper network adapted to its constraints. However, instead of multiple standards for multiple applications, a unified standardization can help fast implementation/industrialization for heterogeneous connected devices.
In the 5th generation of wireless mobile network, several constraints have been added to comply with new emerging applications. As before, the research is now going toward the next generation, 6G, to integrate new applications under a unified umbrella. To prepare the 6G recommendations, the 3GPP published its 18th Release to specify the bridge connecting 5G to 6G, called 5G-Advanced. It can be considered as a testbed to reaching 6G specifications.
One of the use cases, highlighted in this release, concerns the inclusion of the UAV (Unmanned Aerial Vehicle) or drones in a 6G network. The communication with this kind of UE is different from that of smart phones. First of all, the required bandwidth can be much higher than usual UE, because of multimedia real-time contents. Furthermore, this content may be used to control the UAV, therefore a very low latency link is required. These constraints are to be considered together with the high mobility, that creates frequency dispersion as well as conventional time dispersion. Some new modulation waveforms, other than OFDM, such as OTFS, or 2D-FFT filter bank should be considered, and compared.
Secondly, the 5G applications are more concentrated in terrestrial UE. A UAV with altitudes more than 300m should be considered, where they are in a LoS connection with many cells. This fact can potentially create lots of interference in the network. Directive and tracking antennas are necessary at the base stations and also at the UAV to reduce the interferences.
The problem of frequent handover is another challenge due to UAV velocities. This can be regarded in a cell free system, where a selected cluster of access points can serve the UAV. Here, a multi-beam tracking antenna at the access points and at the UAV seems to be unavoidable.
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Début de la thèse : 01/10/2025

https://www.unilim.fr/

Le candidat doit être titulaire d'un diplôme équivalent au master, spécialisé dans le domaine des télécommunications numériques. Il est nécessaire de posséder des connaissances mathématiques en algèbre linéaire pour aborder cette thèse avec efficacité. Le candidat devra pouvoir produire des programmes informatiques pour des simulation, surtout avec l'outil Matlab. Une compétence en anglaise est un plus.
Candidates are expected to have obtained a qualification that is equivalent to a Master's degree in the field of digital telecommunications. It is required that students have a good skills in linear algebra, which is a necessary for success in this PhD thesis. It is imperative that the candidate be familiar with programming, especially with Matlab programming language. Fluency in English is a plus.