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Theses Year : 2019

Fundamental Limits and Algorithms in Decentralized and Cooperative Wireless Networks

Limites fondamentales et algorithmes dans des réseaux sans-fils décentralisés et coopératifs

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Abstract

Network cooperation is known to bring multiplicative gains under certain ideal assumptions. However, current wireless settings cope with many challenging constraints, as tight delay constraints, fast-changing channels, or rate-limited backhaul links. The topic of analyzing how the non-fulfillment of the ideal hypotheses impacts the performance has generated great interest in the research community. Nevertheless, the main focus has been on settings in which the imperfect information is shared by all the nodes, which is not feasible in many scenarios. This thesis aims for shedding light on the performance of cooperative settings in which the information available at each node may be different. We focus on the distributed Network MIMO. This setting is characterized by two main aspects: The perfect sharing of the user's information data and the imperfect sharing of the channel information. We start by characterizing the Degrees-of-Freedom metric of the setting, which is an approximation of the capacity at high SNR. The contribution is twofold, as we provide both achievable schemes that considerably outperform the solutions in the literature and upper-bounds that illustrate up to which scale the distributed setting is harmed with respect to the perfect-sharing setting. The second perspective consists in restricting the transmission to the conventional paradigm of Zero-Forcing and analyzing the achievable rate at high SNR to understand whether the performance losses from decentralized information can be accurately calculated. We propose a novel zero-forcing scheme tailored to the decentralized configuration that asymptotically attains the centralized rate.
La coopération en réseau est connue pour apporter des gains multiplicatifs sous certaines hypothèses idéales. Cependant, les réseaux sans-fil actuels font face à de nombreuses contraintes, telles que des contraintes de délai serrées ou des liaisons de retour à débit limité. L'impact sur la performance de la transgression des hypothèses idéales a suscité un grand intérêt dans le milieu de la recherche. Néanmoins, l'accent a été mis sur des situations dans lesquelles l'information imparfaite est partagée par tous les nœuds, ce qui n'est pas réalisable dans de nombreux scénarios. Cette thèse vise à mettre en lumière la performance des environnements coopératifs dans lesquels l'information disponible à chaque nœud peut être différente. Nous nous concentrons sur le réseau distribué MIMO. Ce réglage se caractérise par avoir un partage parfait des données d'information et un partage imparfait des informations du canal. Nous caractérisons la métrique des degrés de liberté, qui est une approximation de la capacité à un SNR élevé. La contribution est double, puisque nous fournissons à la fois des schémas réalisables qui surpassent considérablement les solutions de la littérature et des limites supérieures qui illustrent jusqu'à quelle échelle l'environnement distribué est affecté par rapport au partage parfait. Une deuxième perspective consiste à limiter la transmission au paradigme du zéro-forçage et à analyser le taux à un SNR élevé pour comprendre si les pertes de performance dues à la décentralisation peuvent être calculées avec précision. Nous proposons un nouveau système de zéro-forçage adapté à la configuration décentralisée qui atteint asymptotiquement le taux centralisé.
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tel-02901873 , version 1 (17-07-2020)

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  • HAL Id : tel-02901873 , version 1

Cite

Antonio Bazco Nogueras. Fundamental Limits and Algorithms in Decentralized and Cooperative Wireless Networks. Networking and Internet Architecture [cs.NI]. Sorbonne Université, 2019. English. ⟨NNT : 2019SORUS172⟩. ⟨tel-02901873⟩
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