Communications over the broadcast channel with limited and delayed feedback : fundamental limits and novel encoders and decoders

Dans de nombreux scénarios de communication sans fil multiutilisateurs, une bonne rétroaction est un ingrédient essentiel qui facilite l'amélioration des performances. Bien qu'étant utile, une rétroaction parfaite reste difficile et fastidieuse à obtenir. En considérant ce défi comme point de départ, le principal objet de cette thèse s'applique à adresser la question simple et pourtant insaisissable et fondamentale suivante: "Quel niveau de qualité de la rétroaction doit-on rechercher, et à quel moment faut-il effectuer un envoi pour atteindre une certaine performance en degrés de liberté (DoF)". La présente étude réussit à décrire de manière concise les régions DoF dans un cadre très général, correspondant à un processus général de rétroaction qui, à tout moment, peut ou non fournir des informations sur l'état du canal au niveau de l'émetteur (CSIT) - d'une qualité arbitraire - pour toute réalisation passée, actuelle ou future du canal. Sous des hypothèses standard , et en supposant par ailleurs que l'on dispose d'un CSIT suffisamment bien retardé, l'effet de la qualité du CSIT offert à tout moment, pour presque tout type de canaux est étudié de manière précise. Ceci est réalisé dans le cadre MISO-BC à deux utilisateurs, puis est directement étendu aux cas des MIMO-BC et MIMO-IC. En outre différents aspects de communication avec rétroaction limitée sont considérés, ainsi que l'aspect CSI global au niveau des récepteurs, et l'aspect diversité. En plus de fournir des limites théoriques et des nouveaux encodeurs et décodeurs, l'étude s'applique à obtenir une meilleure comprehension sur plusieurs questions pratiques d'intérêt capital dans le domaine.In many multiuser wireless communications scenarios, good feedback is a crucial ingredient that facilitates improved performance. While being useful, perfect feedback is also hard and time-consuming to obtain. With this challenge as a starting point, the main work of thesis seeks to address the simple yet elusive and fundamental question of ``HOW MUCH QUALITY of feedback, AND WHEN, must one send to achieve a certain degrees-of-freedom (DoF) performance''. The work manages to concisely describe the DoF region in a very broad setting corresponding to a general feedback process that, at any point in time, may or may not provide channel state information at the transmitter (CSIT) - of some arbitrary quality - for any past, current or future channel (fading) realization. Under standard assumptions, and under the assumption of sufficiently good delayed CSIT, the work concisely captures the effect of the quality of CSIT offered at any time, about any channel. This was achieved for the two user MISO-BC, and was then immediately extended to the MIMO BC and MIMO IC settings. Further work also considers different aspects of communicating with limited feedback, such as the aspect of global CSI at receivers, and the aspect of diversity. In addition to the theoretical limits and novel encoders and decoders, the work applies towards gaining insights on many practical questions