Análise de desempenho de redes assistidas por veículos aéreos não tripulados do tipo full duplex com transferência de energia sem fio

Abstract

Neste trabalho, o desempenho de uma rede assistida por um veículo aéreo não tripulado (VANT), que é alimentado por transferência de energia sem fio, é avaliado em termos da probabilidade de outage, considerando canais do tipo fluctuating two-ray (FTR). Em particular, o modelo FTR permite caracterizar o fenômeno de desvanecimento em uma ampla faixa de frequências, incluindo a faixa das ondas milimétricas. Nesse sistema, considera-se que o VANT coopera na comunicação entre fonte e destino, operando em modo de retransmissão full duplex e sob o protocolo amplifica-e-encaminha. No processo de comunicação, considera-se ainda as técnicas de transferência de energia sem fio (WET, wireless energy transfer), transferência simultânea de energia e informação sem fio (SWIPT, simultaneous wireless information and power transfer) e autorreciclagem de energia. O desempenho de outage do sistema é caracterizado por meio de uma expressão em forma integral obtida a partir de uma análise aproximada. Além disso, uma expressão fechada é obtida a partir de uma análise assintótica no regime de alta relação sinal-ruído. A fim de validar as expressões analíticas obtidas e avaliar o desempenho da rede em função dos parâmetros-chave do sistema, são implementadas simulações usando o método de Monte Carlo. Resultados obtidos mostram que alguns parâmetros do modelo FTR possuem maior influência nas curvas de desempenho e que para determinados valores de ganho médio do canal de autointerferência, presente no VANT, o desempenho do sistema pode degradar significativamente, independentemente dos valores dos parâmetros do modelo FTR.

In this work, the performance of a wireless-powered unmanned aerial vehicle (UAV) assisted network under fluctuating two-ray (FTR) channels is assessed in terms of the outage probability. In particular, the FTR model allows to characterize the fading phenomenon in a wide range of frequencies, including that of millimeter waves. In this system, the UAV is considered to cooperate in the communication between source and destination, operating in full duplex relaying mode under the amplify-and-forward protocol. In the communication process, wireless energy transfer (WET), simultaneous wireless information and power transfer (SWIPT), and self-recycling energy techniques are also considered. The outage performance of the system is characterized by means of an integral-form expression derived from an approximate analysis. Also, a closed-form expression is obtained from an asymptotic analysis at the high signal-to-noise ratio regime. Monte Carlo simulations are provided in order to validate the obtained analytical expressions as well as to evaluate the system performance in terms of key system parameters. Obtained results show that some parameters of the FTR model have greater influence on the performance curves and that for certain values of the average channel gain of the self-interference link, present in the UAV, the system performance can degrade significantly, regardless of the values of the FTR model parameters.