Coordination des ressources radio dans les réseaux multi-UAV directionnels avec réutilisation spectrale

Khoualdia, Eya (2026). Coordination des ressources radio dans les réseaux multi-UAV directionnels avec réutilisation spectrale. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Les véhicules aériens sans pilote (UAV) apparaissent aujourd’hui comme une solution prometteuse pour renforcer la couverture et la capacité des réseaux sans fil de nouvelle génération. Cependant, dans un environnement multi-UAV partageant une même bande de fréquences, la réutilisation des ressources radio, l’orientation directionnelle des faisceaux et le contrôle de puissance génèrent une forte interdépendance entre les liaisons et rendent la gestion des interférences particulièrement complexe.

Bien que la coordination des ressources radio ait été largement étudiée dans les réseaux sans fil, les approches existantes reposent souvent sur des hypothèses simplifiées ou sur des conceptions partiellement découplées, ce qui limite leur capacité à représenter explicitement le couplage entre orientation des faisceaux, allocation des ressources, contrôle de puissance et interférences dans les scénarios multi-UAV directionnels.

Ce travail étudie la coordination radio dans un réseau multi-UAV directionnel en liaison descendante, dans un cadre quasi-statique où les positions des UAV sont supposées données. Un modèle système intégrant la propagation tridimensionnelle, le gain directionnel des antennes, la réutilisation spectrale structurée des ressources radio, ainsi que le calcul du SINR, est d’abord développé.

Afin de traiter ce problème dans le scénario considéré, une procédure de coordination radio par blocs avec acceptation sous contraintes est proposée. Cette procédure met successivement à jour l’orientation des faisceaux, l’allocation des ressources radio et les puissances de transmission. À chaque étape, une configuration candidate est évaluée à partir du SINR, des contraintes du problème et du débit total. Elle est retenue uniquement si elle respecte les contraintes et si elle améliore ou conserve la performance courante. L’objectif est ainsi d’obtenir une configuration radio faisable et non dégradante dans un scénario contrôlé, sans revendiquer l’optimalité globale du problème général.

Les résultats numériques obtenus dans un scénario contrôlé suggèrent une meilleure gestion effective des interférences inter-UAV et une amélioration du débit global par rapport à des stratégies partiellement découplées. Le comportement itératif observé montre une réduction progressive des variations du débit dans le scénario étudié, ce qui traduit une stabilisation numérique de la procédure sans constituer une preuve d’optimalité globale.

Titre traduit

Radio resource coordination in directional multi-UAV networks with spectrum reuse

Résumé traduit

Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) have recently emerged as a promising solution for enhancing the coverage and capacity of next-generation wireless networks. However, in multi-UAV environments operating over a shared frequency band, radio resource reuse, directional beam steering, and transmit power control create strong interdependencies among communication links, making interference management particularly challenging.

Although radio resource coordination has been widely investigated in wireless networks, existing approaches often rely on simplified assumptions or partially decoupled designs, which limit their ability to explicitly represent the coupling between beam steering, resource allocation, power control, and interference in directional multi-UAV scenarios.

This work studies radio coordination in a directional multi-UAV downlink network within a quasi-static framework, where UAV positions are assumed to be given. A system model integrating three-dimensional propagation, directional antenna gain, structured spectrum reuse of radio resources, and SINR evaluation is first developed.

To address this problem in the considered scenario, a block-based radio coordination procedure with constraint-aware acceptance is proposed. The procedure successively updates beam steering, radio resource allocation, and transmit power decisions. At each step, a candidate configuration is evaluated based on the SINR, the problem constraints, and the total throughput. The candidate configuration is retained only if it satisfies the constraints and improves or preserves the current performance. The objective is therefore to obtain a feasible and non-degrading radio configuration in a controlled scenario, without claiming global optimality for the general problem.

Numerical results obtained in a controlled scenario suggest improved effective inter-UAV interference management and increased overall throughput compared with partially decoupled strategies. The observed iterative behavior shows a progressive reduction of throughput variations in the considered scenario, reflecting numerical stabilization of the procedure without constituting a proof of global optimality.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise avec mémoire en réseaux de télécommunications". Comprend des références bibliographiques (pages 75-76).
Mots-clés libres:	UAV, SINR, beam steering, contrôle de puissance, allocation des ressources, réutilisation spectrale, coordination radio, réseaux sans fil
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur(-trice) Nguyen, Kim Khoa
Codirecteur:	Codirecteur(-trice) de mémoire/thèse Cheriet, Mohamed
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie
Date de dépôt:	03 août 2026 18:38
Dernière modification:	03 août 2026 18:38
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/4048

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