Innovation in the physical layer of communication systems has traditionally been achieved by breaking down the transceivers into sets of processing blocks, each optimized independently based on mathematical models. Conversely, deep learning (DL)-based systems are able to handle increasingly complex tasks for which no tractable models are available. This thesis aims at comparing different approaches to unlock the full potential of DL in the physical layer. First, we describe a neural network (NN)-based block strategy, where an NN is optimized to replace a block in a communication system. We apply this strategy to introduce a multi-user multiple-input multiple-output (MU-MIMO) detector that builds on top of an existing DL-based architecture. Second, we detail an end-to-end strategy, in which the transmitter and receiver are modeled as an autoencoder. This approach is illustrated with the design of waveforms that achieve high throughputs while satisfying peak-to-average power ratio (PAPR) and adjacent channel leakage ratio (ACLR) constraints. Lastly, we propose a hybrid strategy, where multiple DL components are inserted into a traditional architecture but are trained to optimize the end-to-end performance. To demonstrate its benefits, we propose a DL-enhanced MU-MIMO receiver that both enable lower bit error rates (BERs) compared to a conventional receiver and remains scalable to any number of users. Each approach has its own strengths and shortcomings. While the first one is the easiest to implement, its individual block optimization does not ensure the overall system optimality. On the other hand, systems designed with the second approach are computationally complex but allow for new opportunities such as pilotless transmissions. Finally, the combined flexibility and end-to-end performance gains of the third approach motivate its use for short-term practical implementations.


翻译:通信系统物理层的创新传统上是通过将收发器破碎成一组处理区块来实现的。 相反,基于深学习(DL)的系统能够处理越来越复杂的任务,而这些任务没有可移植的模式。 该论文旨在比较不同的方法,以释放在物理层的DL的全部潜力。 首先,我们描述基于神经网络的区块战略,即以NNN优化取代通信系统中的一个区块。我们应用这一战略引入多用户多输出多输出多输出(MMU-MIMO)探测器,该探测器建在现有基于DL的架构之上。第二,我们详细介绍一个端对端战略,将发报机和接收机的模型建成一个自动编码。这个方法的特点是设计能达到高输送量的波形结构,同时满足最高至平均电源比率(PARP)和邻近的频道渗漏率比率(ACLRR)的制约。最后,我们提出一个混合战略,将多个DL(MU)的组件插入一个端端端端端端点到一个基于现有DL的总体结构,但每个端的版本的机块的运算,将显示为最低的汇率。

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