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(H/F) Novel communication theory framework beyond Shannon: Fundamentals and (model-based & data-driven) algorithms

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Informations générales

Référence : UMR8506-MARDIR-001
Lieu de travail : GIF SUR YVETTE
Date de publication : jeudi 17 septembre 2020
Type de contrat : CDD Scientifique
Durée du contrat : 12 mois
Date d'embauche prévue : 1 janvier 2021
Quotité de travail : Temps complet
Rémunération : entre 2728€ et 3880€ brut selon expérience
Niveau d'études souhaité : Doctorat
Expérience souhaitée : Indifférent

Missions

Le candidat recruté travaillera dans le cadre du projet financé par l'Europe ARIADNE et développera des recherches innovantes dans le domaine des surfaces intelligentes reconfigurables pour les futurs réseaux sans fil.

La particularité des réseaux cellulaires réside dans la mobilité des utilisateurs. Les emplacements des stations de base (BS) ne peuvent en général pas être modifiés en fonction des emplacements de l'utilisateur. La mobilité des utilisateurs tout au long d'un déploiement de stations de base statiques rend la répartition des utilisateurs inégale dans tout le réseau, ce qui entraîne une surcharge importante de certaines BS et une sous-utilisation de certaines autres. C'est un problème bien connu dans les réseaux cellulaires et est abordé de différentes manières, parmi lesquelles les méthodes d'équilibrage de charge [Singh2013] et la densification des BS (réseaux ultra-denses). La densification du réseau est certainement une approche prometteuse mais a ses propres limites [Andrews2016], [Renzo2016]. On sait, par exemple, que la densification du réseau augmente la consommation d'énergie du réseau à mesure que le nombre de BS par kilomètre carré augmente. Ceci est encore plus exacerbé avec l'avènement de l'Internet des objets (IoT), où la consommation d'énergie du circuit augmente avec le nombre d'utilisateurs par kilomètre carré [Renzo2018], [Renzo2018-2]. De plus, les déploiements de réseaux ultra-denses améliorent le niveau d'interférence, qui doit être contrôlé de manière appropriée pour obtenir de bonnes performances. De plus, chaque BS nécessite une connexion backhaul, qui n'est pas toujours disponible. D'autres solutions basées sur des schémas MIMO (Massive Multiple-Input-Multiple-Output) pourraient être employées, mais elles nécessitent généralement un grand nombre d'émetteurs radio contrôlables individuellement et d'algorithmes de traitement de signal avancés [Mollen2017]. Sans prétendre à l'exhaustivité, d'autres solutions pertinentes généralement employées dans le domaine du sans fil comprennent des méthodes de retransmission qui ont un impact négatif sur l'efficacité spectrale du réseau, le déploiement optimisé d'éléments de réseau spécifiques, par exemple des relais, qui augmentent la consommation d'énergie du réseau car ils sont (par exemple, des amplificateurs de puissance), et qui réduisent le débit de liaison réalisable si elles fonctionnent en mode semi-duplex ou sont sujettes à une auto-interférence sévère si elles fonctionnent en mode duplex intégral [Lu2015], [Shojaeifard2017]. Ces limitations sont exacerbées si l'on considère le fonctionnement dans des bandes de très hautes fréquences, où les réseaux cellulaires doivent être plus densément déployés, et plus d'éléments d'antennes sont nécessaires pour obtenir des gains de formation de faisceau suffisants. Ces problèmes sont déjà bien connus dans les fréquences relativement basses de la bande mmWave [Heath2016], [Andrews2017]. Le présent projet, en revanche, cible les fréquences d'utilisation supérieures à 100 GHz, ce qui rend les technologies conventionnelles utilisées pour la 5G (densification de réseau et densification d'antenne) non adaptées et non évolutives. Des approches radicalement différentes sont nécessaires, ce qui entraîne la nécessité de développer de nouveaux outils et méthodes de théorie de la communication pour leur modélisation, leur analyse et leur optimisation. Dans le présent projet, nous proposons d'utiliser des métasurfaces intelligentes et reconfigurables pour permettre aux réseaux cellulaires 5G d'exploiter et de dévoiler le potentiel de la grande quantité de spectre disponible dans la bande D. Dans ce qui suit, nous avons décrit notre approche proposée et la nécessité de développer une nouvelle approche théorique de la communication pour sa modélisation, son analyse et son optimisation qui remet en question les modèles actuels qui ont été utilisés aujourd'hui et qui sont basées sur l'approche théorique de la communication de Shannon.

Les réseaux sans fil actuels sont modélisés, analysés et optimisés sur la base des modèles Shannon et Wiener. Selon Shannon [Shannon1948], le modèle du système est donné et formulé en termes de probabilités de transition (c'est-à-dire Pr (y / x). Selon Wiener [Wiener1948], le modèle du système est toujours donné, mais sa sortie est une rétroaction à l'entrée, qui est optimisée en tenant compte de la sortie. Par exemple, l'état du canal est renvoyé d'un récepteur à un émetteur pour une formation de faisceau sensible au canal. Si les objets environnementaux sont revêtus de surfaces reconfigurables intelligentes capables de détecter la réponse du système aux ondes radio et le renvoyer à l'entrée, alors ces modèles ne peuvent plus être appliqués. Sur la base des données détectées, en fait, le signal d'entrée et la réponse des objets environnementaux aux ondes radio peuvent maintenant être optimisés conjointement Par exemple, le signal d'entrée est orienté vers un objet environnemental donné, qui le réfléchit, en employant des déphasages optimisés, vers un récepteur donné qui est à son tour orienté vers lui. Le système émergent m odel est nouveau dans la théorie de la communication, et ses limites de performance ultimes et ses algorithmes pour les atteindre sont encore inconnus. Le modèle de système proposé, en particulier, a le potentiel de créer de nouvelles liaisons NLOS fortes et puissantes grâce à la reconfigurabilité des surfaces intelligentes.

Activités

Les activités seront les suivantes:

- Modélisation basée sur la physique de surfaces intelligentes reconfigurables
- Calcul des limites de performance fondamentales
- Développement d'algorithmes innovants basés sur des modèles et des données

Compétences

Très bonne connaissance des communications sans fil et de la théorie de la communication.

Très bonne connaissance des surfaces intelligentes reconfigurables.

Très bonne connaissance de l'analyse et de l'optimisation des performances des réseaux sans fil.

Très bonne dossier de recherche et de publication.

Contexte de travail

L'activité de recherche sera menée dans le cadre du projet ARIADNE, financé par l'Europe.

Pour plus de détails sur ce projet, veuillez consulter ici:
https://www.ict-ariadne.eu/

Contraintes et risques

NONE

Informations complémentaires

De plus amples informations sur le contexte peuvent être trouvées ici:
https://www.ict-ariadne.eu/

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