Spontaneous and self-organizing networks : from space-time coding to network coding

Réseaux spontanés et auto-organisants : du codage spatio-temporel au codage de réseaux

• Auteur / Autrice : Ali Osmane
• Direction : Jean-Claude Belfiore
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique et communications
• Date : Soutenance en 2011
• Etablissement(s) : Paris, Télécom ParisTech

Mots clés

Mots clés contrôlés

Codage

Systèmes à entrées multiples et à sorties multiples

Systèmes de communication sans fil

Résumé

Nous étudions un protocole de coopération dans les réseaux MIMO à deux sauts : le rotate-and-forward (RF). Dans ces réseaux, la source et la destination ne communiquent qu’à travers une couche de relais. Nous étudions la performance du protocole RF à partir d'une nouvelle métrique appelée gain de coupure. Ce gain nous permet de décrire le comportement de la probabilité de coupure à des valeurs du rapport signal à bruit moyennes et élevées. En utilisant le gain de coupure, nous comparons la performance du RF aux performances d'autres protocoles ayant le même ordre de diversité que le RF. Nous supposons aussi qu'une voie de retour existe entre la destination et les relais et nous donnons un algorithme qui permet d'améliorer les performances du RF en termes de probabilité de coupure en se basant sur la connaissance des gains du canal. Nous considérons un protocole de codage de réseaux au niveau physique : le compute-and-forward (CF). Nous nous intéressons à la maximisation du débit de calcul et nous montrons que c’est équivalent à la recherche du vecteur le plus court dans un réseau de points donné. Tout d’abord, nous implémentons le protocole utilisant des réseaux de points uni-dimensionnels et des gains de canal réels. Nous nous basons sur la fonction de maximum de vraisemblance (ML) pour proposer une technique de décodage quasi-ML et nous montrons que le décodage s'effectue par une approximation Diophantienne inhomogène. Ensuite, nous généralisons certains de ces résultats au cas des réseaux de points multi-dimensionnels et des gains de canal complexes, et nous proposons un critère de construction des codes en réseaux de points qu'on appelle le facteur de platitude.

We study the rotate-and-forward (RF) cooperative protocol in the two-hop MIMO relay networks. In these networks, the source communicates with the destination via a layer of relays. We consider different network configurations and we study the performance of the RF scheme using a new metric called outage gain. This gain gives us an exact characterization of the outage probability's behavior at moderate and high signal-to-noise ratio. Using this metric, we compare the performance of the RF scheme to the performance of other schemes having the same diversity order. Moreover, we assume that a feedback channel exists between the destination and the relays, and we use the channel knowledge to improve the performance of the RF scheme in terms of outage probability. We consider the physical layer network coding protocol; the compute-and-forward. We consider the transmission rate maximization problem and we relate it to the lattice shortest vector problem. We first implement this protocol for real Gaussian channels and one-dimensional lattices. We derive the maximum likelihood (ML) criterion and we propose a quasi-ML decoding technique and show that it can be implemented by using an Inhomogeneous Diophantine Approximation algorithm. Secondly, we generalize some of these results to the complex Gaussian multi-dimensional lattices, and introduce the flatness factor as a design criterion for lattice codes.