Early-detection schemes based on sequential probability tests for low-latency communications

Résumé

Dans le contexte de la technologie de réseau cellulaire de cinquième génération (5G) et audelà, un système de communication à faible latence nécessite un compromis entre fiabilité et délai. En particulier, la communication ultra-fiable et à faible latence (URLLC) vise des applications critiques telles que la chirurgie à distance, l’Internet tactile, les véhicules autonomes et l’automatisation industrielle, où il est essentiel de transmettre des mots de code de courte longueur de bloc avec une haute fiabilité et une latence minimale. Toutefois, les techniques traditionnelles sont conçues pour des régimes asymptotiques, c’est-à-dire qu’elles reposent sur la transmission de mots de code longs. Cette thèse relève le défi de la réduction de la latence en communication en proposant un schéma de détection précoce (EDS) basé sur un test séquentiel à rapport de probabilité (SPRT), fonctionnant sans rétroaction et utilisant des mots de code courts. En particulier, l’EDS suppose un régime à longueur de bloc finie (FBL) avec détection séquentielle probabiliste. D’abord, on caractérise la latence minimale atteignable pour les canaux avec bruit blanc additif gaussien (AWGN) et évanouissement de Rayleigh, tant dans les régimes de longueur de bloc finie qu’infinie. Les résultats montrent que, pour les canaux AWGN, une augmentation du rapport signal sur bruit (SNR) et de la largeur de bande réduit la latence. En revanche, dans les canaux à évanouissement de Rayleigh, la latence est influencée par la diversité, l’intervalle de cohérence et la surcharge liée à l’estimation du canal. En tant que contribution principale de cette thèse, on présente la conception et l’analyse d’un EDS sans rétroaction, permettant au récepteur de prendre une décision fiable et anticipée à l’aide d’un test séquentiel, et ce, avant même la fin du mot de code reçu. Cette décision est prise lorsque la confiance dans l’hypothèse sélectionnée dépasse un seuil prédéfini. De plus, afin de rendre le test séquentiel réalisable, celui-ci est combiné à un décodeur par liste, ce qui réduit le nombre de mots de code candidats. Les résultats montrent qu’avec une longueur de bloc de n = 500 et un taux de codage de R = 0.5, l’EDS réduit la latence moyenne à 63% de la durée du mot de code dans les canaux AWGN pour un taux d’erreur par bloc de 10−5. En revanche, dans les canaux à entrées et sorties multiples à évanouissement de Rayleigh par blocs avec une configuration 2 × 2, une latence de 0.80T est atteinte à 12 dB de SNR et I = 1, se stabilisant à 0.88T en présence d’une diversité élevée. Globalement, la thèse démontre que les schémas séquentiels combinés à un codage FBL constituent une stratégie efficace pour les communications à faible latence. De même, cette thèse analyse l’intégration pratique du EDS proposé dans des schémas de communication multiporteuses tels que l’OFDM, ainsi que dans des schémas multi-sauts. Cela démontre que l’EDS conserve sa robustesse dans des environnements réalistes pour diverses conditions de canal. L’évaluation des compromis entre fiabilité, latence et complexité fournit des lignes directrices pour la conception dans le contexte de l’URLLC, en particulier dans les communications de type mission critique (MCC). Il convient de souligner l’utilisation du USTM dans le cas du canal MIMO à évanouissement de Rayleigh par blocs, ce qui permet d’évaluer l’EDS proposé dans des scénarios où l’information d’état du canal (CSI) est inconnue, réalisant ainsi un schéma validé pour des environnements divers et dynamiques.

Date	3 juil. 2025
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Pascal Giard (Directeur(-trice)) & Ghyslain Gagnon (Codirecteur(-trice))