Radiodiffusion avec CSIT retardée : analyse de SNR fini et voie de retour hétérogène

Broadcasting with delayed CSIT : finite SNR analysis and heterogeneous feedback

• Auteur / Autrice : Chao He
• Direction : Sheng Yang
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Réseaux, information et communications
• Date : Soutenance le 02/12/2016
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et technologies de l'information et de la communication (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : CentraleSupélec (2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des signaux et systèmes (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1974-....)
• Jury : Président / Présidente : Michel Kieffer
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sheng Yang, Juan Pablo Piantanida, David Gesbert, Michèle Wigger, Medina Perlaza Samir
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Albert Guillén i Fàbregas, Inbar Fijalkow

Mots clés

Mots clés contrôlés

Télécommunications -- Recherche

Données -- Transmission

Systèmes de communication sans fil

Mots clés libres

Canal diffusion

Canal relai

CSIT retardée

SNR fini

Voie de retour hétérogène

Broadcast channel

Relay channel

Delayed CSIT

Finite SNR

Heterogeneous feedback

Résumé

Cette thèse explore, sous certains paramètres réalistes, l’une des techniques clés pour les réseaux sans fil de demain, i.e., la réduction des interférences permis par la voie de retour (feedback). Nous nous concentrons sur la voie de retour du type d’état, également connu sous le nom de CSIT retardé, qui aide les récepteurs à profiter des observations indésirables par créer des dimensions de signaux supplémentaires. Afin de vérifier l’utilité de la CSIT retardé dans des situations sévères, nous l’étudions avec SNR fini et / ou avec la hétérogénéité de la voie de retour dans une configuration de communication de diffusion, qui est largement utilisé pour modéliser la transmission de liaison descendante dans les systèmes cellulaires. Tout au long de la thèse, nous utilisons des outils de théorie information, par exemple, le codage lossy distribué, bloc Markov codage, la technique de compression (Wyner-Ziv), etc.Dans la première partie de cette thèse, nous sommes surtout intéressés par la performance de CSIT retardée avec SNR fini et l’uniformité à travers les résultats dans le canal Gaussien et dans le canal d’effacement. Plusieurs schémas relativement simples sont proposés pour des canaux de diffusion multiutilisateur (sans mémoire) dans le cas où les états sont supposés être entièrement connus à la destination, mais causalement à l’émetteur. Lors de l’analyse des régions correspondantes les cas Gaussien/ d’effacement, nous avons caractérisé des améliorations en termes de débits symétriques plus élevés et plus d’options de l’alphabet d’entré.Dans la deuxième partie de cette thèse, les algorithmes adaptés aux hétérogénéités différentes de la voie de retour sont ciblés, c’est-à-dire, seulement une partie des nœuds de communication sont impliqués dans le processus de feedback. En particulier, nous nous concentrons sur le canal de 1) diffusion supporté par les voies de retour des récepteurs partiels, 2) diffusion avec relais et voie de retour au relais. Étant donné que (tous /partiel) états retardés sont accessibles à des émetteurs (tous/partiels), les approches proposées, bien qu’ils emploient les méthodes de codages visant à réduire les interférences à tous les récepteurs, doivent soit donner la priorité aux utilisateurs qui fournissent les états et compter sur un gain de codage opportuniste pour les autres, soit forcer chaque source à prendre la responsabilité partielle de transmission. Les améliorations sur les débits réalisables sont justifiées dans des cas avec analyse et quelques exemples. Les résultats et les évaluations de cette thèse, qui donnent quelques indications sur comment le retour d’état peut être exploité dans la transmission de liaison descendante, montrent qu’une bonne performance de débit pourrait être atteinte avec le CSIT retardé même lorsque la puissance de transmission est limitée et lorsque le retour d’état est disponible de façon hétérogène.

This dissertation explores one of the key techniques for future wireless networks, namely feedback enabled interference mitigation, under some realistic settings. We focus on the state-type feedback, also known as delayed CSIT, which helps leverage receivers’ overheard observations to create extra signal dimensions. In order to verify the usefulness of delayed CSIT in harsh situations, we investigate it with finite SNR and/or feedback heterogeneity in a broadcast communication setup, which is widely utilized to model downlink transmission in cellular systems. Throughout the thesis, we use some information theoretical tools, e.g., distributed lossy source coding, block Markov coding, Wyner-Ziv compression technique, e.t.c.In the first part of this dissertation, we are mainly interested in the finite SNR performance of delayed CSIT and the uniformity across the results in the Gaussian broadcast channel and in the erasure channel. Several relatively simple schemes are proposed in multi-user memoryless broadcast channels when states are assumed to be fully known at the destinations but only strictly causally at the transmitter. Enhancements in terms of higher symmetric rates and more input alphabet options are then characterized when analyzing the corresponding regions in Gaussian/erasure cases.In the second part of this dissertation, algorithms adapted to distinct feedback heterogeneities are targeted as only part of the communication nodes are involved in the feedback process. In particular, we concentrate on 1) broadcast channel with feedback from part of all receivers; and 2) broadcast relay channel with feedback at the relay. Given that (partial) delayed states are accessible at (partial) transmitters, the proposed approaches, though employ coding methods aiming at mitigating interference at all receivers, have to either give priority to the users who feedback and rely on opportunistic coding gain for the others or force each source to take limited responsibility in the transmission. Improvements on achievable rates are justified in either cases with analysis and some examples.The results and their evaluations in this thesis, which give some insights on how to exploit the state feedback in downlink transmission, show that good rate performance can be achieved with delayed CSIT even when transmission power is limited and when the state feedback is heterogeneous.