Systèmes de liaison descendante assistés par cache hautes performances : nouveaux algorithmes et analyses

High performance cache-aided downlink systems : novel algorithms and analysis

• Auteur / Autrice : Hui Zhao
• Direction : Petros Elia
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique, télécommunications et électronique
• Date : Soutenance le 16/12/2022
• 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 : Daniela Tuninetti
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Giuseppe Caire, Marios Kountouris
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Antti Tölli, Tao Meixia

Mots clés

Mots clés contrôlés

Antennes (électronique)

Codage

Systèmes à entrées multiples et à sorties multiples

Systèmes de communication sans fil

Mots clés libres

Antennes multiples

Canaux de fondu sans fil

Communications sans fil

Mise en cache codée

Multidiffusion multi-utilisateurs

Précodage linéaire

Multiple Antennas

Coded Caching

Wireless Communications

Résumé

La thèse aborde d'abord le pire goulot d'étranglement de la mise en cache codée sans fil, qui est connue pour diminuer considérablement les gains de multidiffusion assistée par cache. Nous présentons un nouveau schéma, appelé mise en cache codée agrégée, qui peut récupérer entièrement les gains de mise en cache codée en capitalisant sur les informations partagées apportées par la contrainte de taille de fichier effectivement inévitable. La thèse passe ensuite à des scénarios avec des émetteurs avec des réseaux multi-antennes. En particulier, nous considérons maintenant le scénario multi-utilisateurs assisté par cache multi-antennes, où l'émetteur multi-antennes délivre des flux de mise en cache codés, pouvant ainsi servir plusieurs utilisateurs à la fois, avec des chaînes de radio fréquences (RF) réduites. Ce faisant, la mise en cache codée peut aider un simple formateur de faisceau analogique (une seule chaîne RF), entraînant ainsi des économies considérables d'énergie et de matériel. Enfin, après avoir supprimé la limitation de la chaîne RF, la thèse étudie les performances de la technique de mise en cache codée par vecteur et révèle que cette technique peut atteindre, sous plusieurs hypothèses réalistes, une augmentation multiplicative du taux de somme par rapport à la contrepartie optimisée multi-antennes sans cache. En particulier, pour un système MIMO de liaison descendante déjà optimisé pour exploiter à la fois les gains de multiplexage et de formation de faisceaux, notre analyse répond à une question simple: quelle est l'augmentation de débit multiplicative obtenue en introduisant des caches côté récepteur de taille raisonnable ?

The thesis first addresses the worst-user bottleneck of wireless coded caching, which is known to severely diminish cache-aided multicasting gains. We present a novel scheme, called aggregated coded caching, which can fully recover the coded caching gains by capitalizing on the shared side information brought about by the effectively unavoidable file-size constraint. The thesis then transitions to scenarios with transmitters with multi-antenna arrays. In particular, we now consider the multi-antenna cache-aided multi-user scenario, where the multi-antenna transmitter delivers coded caching streams, thus being able to serve multiple users at a time, with a reduced radio frequency (RF) chains. By doing so, coded caching can assist a simple analog beamformer (only a single RF chain), thus incurring considerable power and hardware savings. Finally, after removing the RF-chain limitation, the thesis studies the performance of the vector coded caching technique, and reveals that this technique can achieve, under several realistic assumptions, a multiplicative sum-rate boost over the optimized cacheless multi-antenna counterpart. In particular, for a given downlink MIMO system already optimized to exploit both multiplexing and beamforming gains, our analysis answers a simple question: What is the multiplicative throughput boost obtained from introducing reasonably-sized receiver-side caches?