Fundamental limits of user coordination in wireless networks

Trådlösa kommunikationssystem har haft en formidabel tillväxt under de senaste 15 åren, och antalet mobilabonnemang nådde cirka 5,6 miljarder i slutet av 2011. Den stora ökningen i användningen av bredbandiga tillämpningar inom alla delar av den privata sektorn och näringslivet ställer höga krav på dagens trådlösa kommunikationsnät, hela vägen från från kärnan (backhaul) till periferin (cellulära basstationer). Tyvärr kan aktuell teknik för trådlösa nätverk inte leverera de nödvändiga prestandaökningarna. Faktum är att den metod som för närvarande används för design av trådlösa nät är baserad på att först skapa störningsfria punkt-till-punkt-förbindelser mellan användare, och sedan använda dessa länkar för att distribuera data. Denna metod har sina svagheter, eftersom den upplevda störningen typiskt är så stark att det krävs betydande resurser för att skapa störningsfria förbindelser, och i vissa fall är det omöjligt. Dessutom utnyttjar inte detta tillvägagångssätt samordning mellan användare, som eventuellt skulle kunna öka prestanda betydligt. Efter Shannons (1948) banbrytande arbete har informationsteorin styrt ingenjörer i utformningen och impementeringen av allt effektivare kommunikationssystem genom att tillhandahålla de grundläggande ramarna för sådana system, och genom att föreslå strategier för hur dessa gränser uppnås. Grundläggande begränsningar för kommunikationsnät har studerats utförligttidigare, och det har visats att samordning mellan användare i trådlösa nätverk kan leda till stora prestandavinster. Dock bygger majoriteten av detta arbete på det förenklade antagandet att varje användare har perfekt kunskap om egenskaperna hos kommunikationskanalen. Dessutom är dessa grundläggande begränsningar ofta framtagna med hjälp av asymptotiska teorier och är därför endast korrekta om man har mycket långa kodord. Eftersom perfekt kanalkunskap är svår att etablera i trådlösa nätverk, och eftersom mycket långa kodord är inte praktiskt i fördröjningsbegränsade tillämpningar, såsom video, är det oklart om de vinster som utlovats av informationsteoretiker är realistiska. Fastställande av realistiska grundläggande gränser, som tar hänsyn till begränsad kanalenkunskap och begränsad fördröjning, är nödvändig för att utveckla nya nätverksarkitekturer och kommunikationsstrategier som klarar kraven på framtida trådlösa kommunikationsnät. Syftet med detta forskningsprogram är att bestämma dessa grundläggande gränser, och att utveckla nya kommunikationsstrategier som uppnår dem. De specifika målen för detta forskningsprogram är i) att fastställa kostnaden för att förvärva kanalkunskap i trådlösa kommunikationsnät, ii) att bedöma hur fördröjningar begränsar vilka prestandavinster som kan erhållas genom användarnas samordning, och iii) att fastställa signaleringssystem som maximerar den effektiva datagenomströmningen vid en begränsad fördröjning.

Participants

Giuseppe Durisi (contact)

Docent at Signals and Systems, Communication Systems

Funding

Swedish Research Council (VR)

Funding years 2013–2016

Related Areas of Advance and Infrastructure

Information and Communication Technology

Area of Advance

Sustainable Development

Chalmers Driving Force

More information

Created

2015-01-09