Implémentation Efficace et Optimisation de récepteurs avancés basés sur le passage de messages pour les futurs réseaux sans fil. – EVASION

Ces dernières années, des nouvelles méthodes d’inférence bayésienne approximée et de passage de messages, notamment celles basées sur la propagation de l’espérance (EP), ont attiré l’attention du monde académique et industriel. Ces solutions émergeantes présentent un compromis performance-complexité très avantageux par rapport aux méthodes conventionnelles basées, par exemple, sur la propagation de croyance (BP). Ces nouveaux algorithmes produisent des estimés du signal utile non corrélées avec les observations, ce qui réduit considérablement la propagation d’erreur dans les processus de suppression successive d’interférence inhérent à ces récepteurs itératifs. Cette propriété en fait des candidats prometteurs dans toutes les situations pour lesquels la suppression d’interférence est utile ou nécessaire.
EVASION souhaite étendre ces algorithmes de passage de messages (MPA) basés sur EP à de nombreux cas d’usage des réseaux sans fils cellulaires 4G/5G ou ad hoc et aussi à des systèmes de communications haute-fréquence (HF). Ces cas d’usage incluent par exemple l’égalisation dans les systèmes multiporteuses (orthogonal frequency division multiplexing, OFDM) ou mono-porteuse (SC), et la détection de constellations multidimensionnelles pour les transmissions à plusieurs antennes (MIMO) dans les cas mono- et multi-utilisateurs ou encore pour l’accès multiple non-orthogonale (NOMA) dans les systèmes OFDM ou SC (ce dernier cas étant moins traité dans la littérature accessible publiquement). Des comparaisons avec des techniques concurrentes basées sur le passage de message approximé seront réalisées. De plus, dans certains schémas NOMA, les constellations peuvent être décodées avec des approches MPA dans un cadre non-binaire. Dans ce contexte, nous étudierons la conception de schémas de codage efficaces, qui approchent les meilleurs débits atteignables avec une détection et un décodage conjoints, à comparer avec des récepteurs basés sur EP exploitant une suppression successive d’interférence en série, qui ont déjà montré un bon potentiel en termes de performance. Le projet souhaite aussi améliorer la maturité technologique des récepteurs basés sur EP utilisés dans les cas d’usage cités précédemment en investiguant : (a) le rôle d’une information de canal imparfaite/quantifiée, (b) l’impact de la quantification des variables et de la limitation de leur dynamique, (c) les interactions avec le codage. Le consortium sélectionnera et publiera une partie des algorithmes étudiés dans AFF3CT, une plateforme software open-source. Nous croyons que ces algorithmes MPA ont une structure commune qui peut être exploitée pour trouver des architectures d’implémentation génériques, adaptables avec peu de changements aux applications mentionnées plus haut. EVASION étudiera deux types d’architecture : (i) celle itérative traditionnelle, basées sur le graphe de facteurs avec cycles, et (ii) celle parallèle obtenue avec le dépliement profond. Pour rappel, le dépliement profond est un paradigme émergeant de l’apprentissage profond, que nous utiliserons pour optimiser l’algorithme et son implémentation.
Enfin, le consortium fournira aussi une implémentation FPGA, en suivant le cahier de charge fourni par le partenaire industriel. La méthode « hardware in the loop », qui associe simulations et prototypage, sera utilisée pour le développement d’algorithmes sélectionnés dans la première partie du projet. Cette méthodologie accélère la validation de l’architecture et permet, en même temps, d’évaluer l’impact de cette dernière sur les performances du système.
EVASION est censé produire des innovations significatives dans le domaine des récepteurs avancés basés sur EP et sur leurs simplifications et optimisations en vue d’une implémentation pratique. Donc, à côté des activités de dissémination classiques, le consortium établira au démarrage du projet une politique partagée pour la production de code open source et de protection de la propriété intellectuelle.