Facteur de dimensionnalité élevé de la mise en cache codée : résolution des goulots d'étranglement une antenne à la fois

The high Dimensionality factor of Coded Caching : Resolving Bottlenecks one Antenna at a time

• Auteur / Autrice : Eleftherios Lampiris
• Direction : Petros Elia
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de l'information et de la communication
• Date : Soutenance le 30/08/2019
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Informatique, télécommunications et électronique de Paris (1992-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut EURECOM (Sophia-Antipolis, Alpes-Maritimes)
• Jury : Président / Présidente : Mohammad Ali Maddah Ali
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Antti Tölli, Thrasyvoulos Spyropoulos
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Guiseppe Caire, Daniela Tuninetti

Mots clés

Mots clés contrôlés

Multiplexage

Codage

Systèmes à entrées multiples et à sorties multiples

Antennes-réseaux

Systèmes de télécommunications

Mots clés libres

Coded caching

Plusieurs antennes

CSIT

Feedback

Synergie

Coded caching

Multiple antennas

CSIT

Feedback

Synergy

Résumé

Le thème principal de cette thèse est la combinaison de deux ressources opposées, à savoir le gain de multiplexage correspondant à plusieurs antennes et le gain de multidiffusion obtenu dans les communications avec cache. Plusieurs antennes, ou plusieurs émetteurs avec mémoire cache, fournissent des gains accrus en séparant spatialement les utilisateurs, créant ainsi un parallèle les messages, lors de la mise en cache codée, fusionnent les messages en exploitant le contenu mis en cache et non souhaité pour supprimer les interférences. Ainsi, à première vue, les gains de multiplexage et de mise en cache codés semblent s’opposer. Les efforts pour combiner les deux ont montré que les gains semblaient être additifs, c’est-à-dire dans un canal de radiodiffusion (BC) MISO (Multiple Input Multiple Output), où une station de base équipée d’antennes émettrices L répond aux Les utilisateurs recevant une seule antenne et dotés d'une mémoire cache somme de t peuvent recevoir la performance optimale de la commande DoF de DL = L + t . Nous montrerons dans cette thèse que, dans de nombreux scénarios, l'association des gains de multiplexage avec la mise en cache codée peut constituer une combinaison beaucoup plus puissante, qui peut considérablement améliorer les limitations majeures de la mise en cache codée et du précodage d'antennes. Un exemple notable, qui sera prouvé dans cette thèse, est le rôle de plusieurs antennes dans l’amélioration de la fameuse contrainte de sous-paquetage, c’est-à-dire la limitation qu’un gain de mise en cache codé égal à t exige que chaque fichier soit segmenté de manière exponentielle, gagne t , nombre de paquets. Dans les systèmes pratiques, cela peut facilement dépasser de plusieurs ordres de grandeur le nombre de bits d'un fichier, imposant ainsi des limites strictes aux gains de mise en cache [...]

The main theme of this thesis is the combination of two opposing resources, namely the multiplexing gain, corresponding to multiple antennas, and the multicasting gain achieved in cache-aided communications. Multiple antennas, or multiple transmitters with caches, provide increased gains by separating messages, while coded caching merges messages together by exploiting cached and unwanted content to remove interference. Thus, at a first look, multiplexing and coded caching gains seem to be opposing to one another. Efforts to combine the two have shown that the gains appear to be additive. For example, in the Multiple-Input-Multiple-Output (MISO) Broadcast Channel (BC) where a Base Station, equipped with L transmit antennas, serves the demands of K receiving, single antenna users, asking files from a library of popular files, when users are equipped with caches, amounting to a total sum cache-size of t times the whole library, this network can provide the order optimal Degrees-of-Freedom (DoF) performance of D=L+t. What we will show in this thesis is that, in many scenarios, pairing the multiplexing gains with coded caching can be a much more powerful combination, which can dramatically improve major fundamental limitations of both coded caching and multiple antenna precoding. A notable example, that will be proved in this thesis, is the role of multiple antennas on dramatically ameliorating the infamous subpacketization constraint i.e., the limitation that a coded caching gain equal to t requires each file to be segmented to an exponential number of packets. This, in practical systems can easily surpass the number of bits of a file by many orders of magnitude, thus imposing hard limits on caching gains [...]