Caractérisation des performances limites des jeux non-coopératifs avec observation imparfaite : application à la téléphonie mobile 5G

Characterization of the limit performance in non-cooperative games with imperfect observation : application to 5G

• Auteur / Autrice : Chao Zhang
• Direction : Samson Lasaulce
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Réseaux, information et communications
• Date : Soutenance le 21/12/2017
• 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 : Laboratoire : Laboratoire des signaux et systèmes (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1974-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Paris-Sud (1970-2019)
• Jury : Président / Présidente : Mérouane Debbah
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Samson Lasaulce, Mérouane Debbah, David Gesbert, Yezekael Hayel, Luca Sanguinetti, Elena Veronica Belmega, Mylène Pischella
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : David Gesbert, Eduard Jorswieck

Mots clés

Mots clés contrôlés

Allocation des ressources

Systèmes de communication sans fil

Théorie des jeux

Mots clés libres

Théorie des jeux

Communication sans fil

Allocation des ressources

Optimisation distribuée

Estimation

Game theory

Wireless

Ressource allocation

Distributed optimization

Estimation

Résumé

Une grande partie des résultats rapportés dans cette thèse est basée sur une observation qui n'a jamais été faite pour les communications sans fil et le contrôle de puissance en particulier: les niveaux de puissance d'émission et plus généralement les matrices de covariance peuvent être exploitées pour intégrer des informations de coordination. Les échantillons de rétroaction dépendants des interférences peuvent être exploités comme canal de communication. Premièrement, nous montrons que le fameux algorithme itératif de remplissage d'eau n'exploite pas suffisamment l'information disponible en termes d'utilité-somme. En effet, nous montrons que l'information globale d'état de canal peut être acquise à partir de la seule connaissance d'une rétroaction de type SINR. Une question naturelle se pose alors. Est-il possible de concevoir un algorithme de contrôle de puissance distribué qui exploite au mieux les informations disponibles? Pour répondre à cette question, nous dérivons la caractérisation de la région d'utilité pour le problème considéré et montrons comment exploiter cette caractérisation non seulement pour mesurer globalement l'efficacité mais aussi pour obtenir des fonctions de contrôle de puissance à un coup efficaces au niveau global. Motivés par le succès de notre approche sur les réseaux d'interférences mono bande et multibande, nous nous sommes demandé si elle pourrait être exploitée pour les réseaux MIMO. Nous avons identifié au moins un scénario très pertinent. En effet, nous montrons que l'alignement d'interférence opportuniste peut être implémenté en supposant seulement une rétroaction de covariance d'interférence plus bruit à l'émetteur secondaire. Puis, dans le dernier chapitre, nous généralisons le problème de la quantification, la motivation étant donnée par certaines observations faites dans les chapitres précédents. Premièrement, nous supposons que le quantificateur et le déquantificateur sont conçus pour maximiser une fonction d'utilité générale au lieu de la fonction de distorsion classique. Deuxièmement, nous supposons que le quantificateur et le déquantificateur peuvent avoir des fonctions d'utilité différentes. Cela soulève des problèmes techniques non triviaux, notre revendication est de faire un premier pas dans la résolution d'eux.

A large part of the results reported in this thesis is based on an observation which has never been made for wireless communications and power control in particular: transmit power levels and more generally transmit covariance matrices can be exploited to embed information such as coordination information and available interference-dependent feedback samples can be exploited as a communication channel. First, we show that the famous iterative water-filling algorithm does not exploit the available information sufficiently well in terms of sum-utility. Indeed, we show that global channel state information can be acquired from the sole knowledge of an SINR-type feedback. A natural question then arises. Is it possible to design a distributed power control algorithm which exploits as well as possible the available information? To answer this question, we derive the characterization of the utility region for the considered problem and show how to exploit this characterization not only to measure globally efficiency but also to obtain globally efficient one-shot power control functions. Motivated by the success of our approach for single-band and multi-band interference networks, we asked ourselves whether it could be exploited for MIMO networks. We have identified at least one very relevant scenario. Indeed, we show that opportunistic interference alignment can be implemented by only assuming interference-plus-noise covariance feedback at the secondary transmitter. Then, in the last chapter, we generalize the problem of quantization, the motivation for this being given by some observations made in the previous chapters. First, we assume that the quantizer and de-quantizer are designed to maximize a general utility function instead of the conventional distortion function. Second, we assume that the quantizer and de-quantizer may have different utility functions. This raises non-trivial technical problems, our claim is to make a very first step into solving them.