Topological interference management for multi-user wireless networks - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2021

Topological interference management for multi-user wireless networks

Gestion d'interférence topologique pour les réseaux sans fil multi-utilisateurs

Résumé

Topological Interference Management (TIM) allows studying the Degrees of Freedom (DoF) of partially connected linear interference communication networks, where the Channel State Information at the Transmitter (CSIT) is restricted to the topology of the network, i.e., a knowledge of which interference links are weak and which are strong. In this thesis, we consider TIM for infinite downlink cellular networks in the one-dimensional (1D) linear and the two-dimensional (2D) hexagonal models. We consider uniformly distributed users in each cellular cell, effectively creating a continuous distribution of users, aiming to study user classes based on different interference profiles rather than on actual individual users' positions. We also consider the construction of the TIM network topology by analyzing different interference thresholds. Unlike previous works, we use TIM at the user class level to find the system's DoF independent of the actual user position. Then, after proposing a fractional coloring scheme that can achieve the optimal DoF solution, a trade-off between DoF and Signal to Interference Ratio (SIR) is given. This thesis also presents a new approach to construct an interference topology for the unicast TIM problem of multi-user wireless networks. Based on our interference topology construction approach, we are able to evaluate the achievable rate's theoretical limit, in the asymptotic Signal to Noise Ratio (SNR) regime, for the underlying wireless network and not just for its topological interference representation. This new approach allows us to cope with the finite SNR regime and not just with the asymptotic SNR regime with the DoF analysis. A new SNR independent interference threshold parameter is proposed and we evaluate the achievable symmetric rates of the wireless network in both the finite SNR regime and the asymptotic SNR regime. Then, we present outer bound solutions on the new normalized interference threshold parameter for interference topologies with half-DoF-feasibility, considering both an orthogonal resource allocation and Interference Alignment (IA). These bounds specify if a given half-DoF-feasible interference topology can be, in terms of the achievable rate, the best topology or not. Using this result, we limit the search space in the normalized interference threshold parameter range, to find half-DoF-feasible interference topologies having the possibility to be the best topologies in terms of the achievable rate. Finally, this thesis considers a case study on TIM for small-scale wireless networks, in which, we consider the TIM problem for four users wireless networks using our proposed interference topology construction approach. Then, we apply the achievable rates analysis, proposed under the new interference topology construction approach, for all interference topologies with half-DoF-feasibility, through both orthogonal sharing and IA, in the TIM problem of four users wireless networks.
La gestion d'interférence topologique (de l’Anglais: Topological Interference Management - TIM) permet l’etude des degrés de liberté (de l’Anglais: Degrees of Freedom - DoF) de réseaux sans fils soumis à l’interference partielle et dont la connaissance de l’état du canal est limitée seulement à la topologie du réseaux, autrement dit, quels liens interférents sont faibles et quels sont forts. Dans ce manuscrit de thèse, nous considérons l’application de TIM pour les réseaux cellulaires d’une dimension (1D) linéaires et les réseaux cellulaires de deux dimensions (2D) hexagonales. Nous considérons le cas des utilisateurs uniformément distribués dans chaque cellule, ce qui donne une distribution continue d’utilisateurs. Ceci nous permet d’étudier la performance des classes d’utilisateurs au contraire des positions des utilisateurs individuels, comme a été fait auparavant. Cette thèse propose également une nouvelle approche pour construire une topologie d'interférence pour le problème TIM unicast des réseaux sans fil multi-utilisateurs. Fondée sur notre approche de construction de topologie d'interférence, nous pouvons évaluer la limite théorique des taux atteignables, dans le régime rapport signal sur bruit (de l’Anglais: Signal to Noise Ratio - SNR) asymptotique, pour le réseau sans fil sous-jacent et pas seulement pour sa représentation topologique d'interférence. Cette nouvelle approche nous permet de traiter le régime de SNR fini et pas seulement le régime SNR asymptotique avec l'analyse DoF. Un nouveau paramètre liée au seuil d'interférence, indépendant du SNR, est proposé et nous évaluons les débits symétriques réalisables du réseau sans fil, à la fois en régime SNR fini et en régime SNR asymptotique. Ensuite, nous présentons les bornes supérieures sur ce nouveau paramètre de seuil d'interférence normalisé pour les topologies d'interférence ayant une faisabilité en demi-DoF (de l’Anglais: Half-DoF-feasible), en considérant à la fois une allocation de ressources orthogonale et l’alignement d’interference (de l’Anglais: Interference Alignment - IA). Ces limites spécifient si une topologie d'interférence donnée realisable en demi-DoF peut être, en termes de taux réalisable, la meilleure topologie ou non. En utilisant ce résultat, nous limitons l'espace de recherche dans la plage de paramètres du seuil d'interférence normalisée, pour trouver des topologies d'interférence réalisables à demi-DoF ayant la possibilité d'être les meilleures topologies en termes de taux réalisable. Enfin, cette thèse considère une étude de cas sur le TIM pour les réseaux sans fil à petite échelle, dans laquelle, nous considérons le problème TIM pour les réseaux à quatre utilisateurs en employant notre approche de construction de topologie d'interférence proposée.
Fichier principal
Vignette du fichier
these.pdf (4.08 Mo) Télécharger le fichier
Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03624482 , version 1 (30-03-2022)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03624482 , version 1

Citer

Hassan Kallam. Topological interference management for multi-user wireless networks. Networking and Internet Architecture [cs.NI]. Université de Lyon, 2021. English. ⟨NNT : 2021LYSEI062⟩. ⟨tel-03624482⟩
73 Consultations
54 Téléchargements

Partager

Gmail Facebook X LinkedIn More