Full-duplex joint self-interference cancellation, channel estimation and decoding approaches for IoT transmissions physical layer security
Approches conjointes d'annulation d'auto-interférences, d'estimation de canal et de décodage en full-duplex pour la sécurité de la couche physique des transmissions IoT
Résumé
This thesis aims to improve data reliability and security at the physical layer level in the context of Internet of Things (IoT) transmissions.To achieve these goals, the use of a SISO Full-Duplex (FD) transmission has been considered. One of the disadvantages of this mode of transmission is that it is necessary to cancel the Self-Interference (SI) in RF/analog domains and/or in digital domain to maintain sufficient performance.In fact, residual SI after partial analog cancellation can be partly suppressed using digital SI cancellationalgorithms. First of all, several error correcting codes that used in the context of 5G & Beyond, have been studied to improve the cancellation of the residual SI and quantization noise. Afterwards, two joint iterative (blind and semi-blind) schemes have been developed within the framework of short-packet FD transmissions to jointly remove the residual SI and improve the estimation of the transmission channels and the decoding process. The proposed algorithms provide better performance than the conventional algorithm in terms of Mean Square Error (MSE), Bit Error Rate (BER), processing time, computational complexity and SI sensitivity. Finally, this thesis also shows that the combination of joint iterative algorithms and self jamming at the legitimate receiver is strongly recommended to ensure reliability and data security in the case that the transmission is eavesdropped and/or disrupted by a jammer.
Cette thèse a pour but d’améliorer la fiabilité des données et de renfoncer la sécurité au niveau de la couche physique dans le cadre de transmissions IoT. Pour atteindre ces objectifs, l’utilisation d’une transmission SISO Full-Duplex a été retenue. L’un des inconvénients de ce mode de transmission est qu’il est nécessaire d’annuler analogiquement et/ou numériquement l’auto-interférence, afin de conserver des performances admissibles. L’auto-interférence résiduelle après annulation analogique partielle peut être supprimée en partie à l’aide d’algorithmes numériques d’annulation d’auto-interférence. Tout d’abord, plusieurs codes correcteurs d’erreurs, utilisés dans le cadre de la 5G, ont été étudiés afin d’améliorer l’annulation de l’auto interférence résiduelle et du bruit de quantification. Ensuite, deux schémas (aveugle et semi-aveugle) itératifs conjoints ont été développés dans le cadre de transmissions Full-Duplex de paquets courts afin de supprimer l’auto-interférence résiduelle et d’améliorer conjointement l’estimation des canaux de transmission et le décodage de l’information. Les algorithmes proposés offrent de meilleures performances que l’algorithme conventionnel en termes d’erreur quadratique moyenne, de taux d’erreur binaire, de temps de calcul, de complexité de calcul et de sensibilité. Enfin, cette thèse montre également que la combinaison des algorithmes itératifs conjoints et de l’auto brouillage au niveau du récepteur légitime est fortement recommandée afin de garantir la fiabilité et la sécurité des données dans le cas où la transmission serait écoutée et/ou perturbée par un brouilleur.
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