Habilitation à Diriger des Recherches - Ali AL GHOUWAYEL

Habilitation à Diriger des Recherches - Ali AL GHOUWAYELAli Chamas AL GHOUWAYEL, Maître de Conférences (CNU 61-63) à l’IMT Atlantique, présentera ses travaux en vue de l’Habilitation à Diriger des Recherches en Sciences et Technologies de l’Information et de la Communication (STIC) intitulés : "Algorithmes et architectures pour les systèmes de communication à faible consommation d’énergie et à très haut débit", le 2 décembre à Brest.

Date 02/12

Résumé

Algorithmes et architectures pour les systèmes de communication à faible consommation d’énergie et à très haut débit.

Ma recherche s'est articulée autour de deux thématiques principales, chacune a fait l'objet de deux doctorats co-encadrés.

La première thématique concerne le développement d'algorithmes de décodage avancés pour les codes LDPC et polaires non-binaires, ainsi que la conception d'architectures matérielles à haut débit et à faible consommation d'énergie. Une unité CN-VN, cœur du décodeur LDPC, a été mise en œuvre avec une architecture entièrement parallèle, permettant le traitement des messages en un seul cycle d'horloge. Pour les codes polaires, une technique d'optimisation statistique tenant compte de la polarisation des messages a été proposée, réduisant la charge de traitement de plus de 50 % tout en préservant des performances satisfaisantes.

La deuxième thématique porte sur la modulation et la conception d'émetteurs-récepteurs pour deux types de systèmes : 1) IoT à faible débit, et 2) ultra-haut débit dans la bande sous-THz (90-200 GHz).

Dans le premier projet, une nouvelle structure de trame sans préambule, appelée QCSP, a été introduite, combinant la modulation CCSK et un code non-binaire, permettant la transmission avec une réduction de 23 % de la durée de la trame et une détection à un SNR de -11 dB.

Le deuxième projet s'est concentré sur la communication dans les bandes sous-THz, introduisant un nouveau domaine d'indexation, le domaine filtre, ainsi que deux nouvelles modulations d'index, FSIM et IQ-FSIM, améliorant l'efficacité spectrale et énergétique dans ces environnements.

Mes perspectives de recherche se dirigent vers l'étude et le développement d'algorithmes basés sur les réseaux de neurones et la conception d'architectures intégrant l'intelligence artificielle embarquée.

Mots clés : Codes Correcteurs d’erreurs, NB-LDPC codes, NB-Polar codes, IoT, Détection, Synchronisation, trames courtes, Communications sous-THz, Efficacité Spectrale.  

Abstract

Algorithms and architectures for low power and ultra-high throughput communications systems.

My research centered on two main themes: 1) Optimization of Decoding Algorithms for Non-Binary (NB) Error-Correcting Codes and Design of High-Throughput Decoder Architectures, and 2) Modulation Techniques and Low-Power Transceiver Design. Two PhD project co-supervisions have been realized in each theme.

In the first theme, the focus was on developing advanced decoding algorithms for NB-LDPC and NB-Polar codes, with an emphasis on optimizing hardware architectures for low power, reduced complexity, and high throughput. A fully parallel CN-VN unit, core of the NB-LDPC decoder, was implemented, enabling single clock cycle message processing.

For NB-Polar codes, a Polarization-Aware statistical optimization technique has been proposed, which reduced processing load by over 50% while maintaining performance comparable to existing algorithms.

The second theme addressed modulation and transceiver design for two system types: 1) Low Data Rate IoT, and 2) Ultra-High Data Rate in Sub-THz bands (90-200 GHz).

In the first project, a new preambleless frame structure called Quasi-Cyclic Short Packet (QCSP) has been proposed, which combines Cyclic Code Shift Keying (CCSK) modulation with non-binary error correction, enabling the transmission with a 23% reduction in frame duration, and the detection at an SNR of -11 dB.

The second project targeted beyond-5G Sub-THz bands, where a Novel Index Modulation Dimension based on Filter Domain has been proposed, along with two novel schemes FSIM and IQ-FSIM, enhancing spectral and energy efficiency in Sub-THz environments. Future research will focus on AI-driven, neural network-based algorithms and hardware for emerging Embedded AI applications.

Keywords: Error Correction Codes, NB-LDPC codes, NB-Polar codes, IoT, Detection, Synchronization, Short frames, Sub-THz communications, Spectral Efficiency

Membres du jury

• Pr Emmanuel CASSEAU, rapporteur, Université de Rennes, IRISA CNRS UMR 6074
• Pr Ghaya REKAYA-BEN OTHMAN, rapporteur, TELECOM Paris
• Pr Andreas BURG, rapporteur, École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)
• Pr Emmanuel BOUTILLON, Garant, Université Bretagne Sud, Lab-STICC CNRS UMR 6285
• Pr Catherine DOUILLARD, membre du jury, IMT Atlantique, Brest
• Pr Amer BAGHDADI, membre du jury, IMT Atlantique, Brest
• Dr Alain MOURAD, membre du jury, Interdigital Londre

Informations pratiques

Lundi 2 décembre à 14h

Grand Amphi, bât B02

IMT Atlantique

Brest-Plouzané

Crédit photographique : ©Université Bretagne Sud. Service Communication