Régions atteignables des communications sans fil multi-utilisateurs intermittentes – ARburst

La croissance exponentielle des objets connectés conduit à l’émergence de nouveaux types de réseaux appelés machine-à-machine (MàM) et internet des objets (IdO). Les futurs scénarios en communication mobile envisagent un nombre important d’objets sans-fil, générant de multiple flux d’information et partageant une même ressource radio. Afin de faire face à ce développement sans précédent, de nouveaux outils théoriques sont nécessaires pour caractériser ses réseaux et fournir les bons moyens d’analyse. En effet, les outils classiques à notre disposition, comme la théorie de Shannon et la géométrie stochastique sont limités dans un contexte MàM et de futurs services de communication de la 5G, notamment à cause de la nature impulsive des communications. Alors que la petite taille de paquet invalide l’utilisation de la capacité asymptotique de Shannon comme indicateur de performance, la nature impulsive des interférences invalident également l’hypothèse gaussienne des interférences.

Ce projet a pour but l’étude des limites fondamentales des communications avec des paquets courts et de manière impulsive. Le premier objectif est la définition d’un espace dans lequel les performances de ces réseaux seront évaluées. Nous proposons de travailler dans un espace à trois dimensions efficacité-énergétique/délais/robustesse pour caractériser la région atteignable des réseaux denses avec des communications sporadiques. Pour ce faire, nous chercherons tout d’abord à étendre la théorie du codage canal non-asymptotique développée par Polyanskiy aux réseaux denses de type IdO en considérant des scénarios canal à accès multiple (CAM) et canal à diffusion (CD) et sous bruit gaussien. Dans le même temps, nous rechercherons un modèle pour l’interférence impulsive non-Gaussienne capable de prendre en compte des interférents rares mais forts. Dans un second temps, les modèles d’interférence non-Gaussienne et les résultats en paquets courts seront mis en commun afin de définir la région atteignable dans notre espace de performance. La capacité non-asymptotique intègre dans sa description l’efficacité énergétique, le délai (car lié au débit source) et la probabilité d’erreur et donc permettra la description des performances des réseaux MàM dans l’espace efficacité-énergétique/délais/robustesse. Un des verrous scientifiques est la détermination de la dispersion pour un canal non gaussien.


Le deuxième objectif est d’évaluer la marge d’amélioration des techniques actuelles dans le cadre théorique développé dans le premier objectif. Des techniques des couches 1 et 2 seront évaluées dans cette tâche. Les techniques de codage canal comme par exemple les LDPC et les mécanismes de retransmission à redondance incrémentale (HARQ-IR) seront considérées. Cela implique d’être capable de caractériser ces techniques dans l’espace efficacité-énergétique/délais/robustesse, ce qui n’est pas une tâche évidente vu la complexité d’analyse de ces techniques. Des méthodes hybrides alliant la description analytique et la simulation seront mises en œuvre. Cela n’a jamais été fait dans la littérature et permettrait finalement, de positionner les performances de ces techniques par rapport aux limites théoriques offertes dans l’environnement particulier des réseaux avec communications impulsives.

Le troisième objectif est d’identifier les axes de recherche les plus prometteurs pour effectivement atteindre le front de pareto décrit dans le premier objectif. En particulier, des techniques de traitement du signal en présence de bruit non gaussien seront évaluées. Le codage par superposition ainsi que l’alignement d’interférences seront étudiées dans un contexte impulsif afin de voir si ce sont des solutions viables pour le développement des futures réseaux de communication.

Ce projet présente des recherches originales qui permettront une compréhension fine des limites fondamentales des réseaux denses, avec des communications sporadiques.