TÍTULO:
Probabilidade de outage para redes cooperativas amplifica-e-encaminha de ganho fixo usando transferência sem fio simultânea de informação e energia
AUTORES:
José Carlos Marcolino Júnior, Edgar Eduardo Benitez Olivo, Campus de São João da Boa Vista, Curso de Engenharia de Telecomunicações, jose.marcolino@outlook.com, bolsista Vunesp.
INTRODUÇÃO:
A técnica de comunicações cooperativas é uma maneira alternativa de se explorar a diversidade espacial em sistemas de comunicação sem fio, utilizando nós retransmissores (relays), que auxiliam uma fonte a transmitir a mensagem desejada ao destino [1]. Tais esquemas cooperativos vem sendo considerados nas especificações e no projeto de redes sem fio de quarta e quinta geração. Por outro lado, visando aumentar a autonomia dos dispositivos móveis e, consequentemente, da operação de uma rede sem fio, formas alternativas de se alimentar estes dispositivos estão sendo estudadas e desenvolvidas. Uma técnica promissora é a transferência sem fio simultânea de informação e energia (SWIPT – simultaneous wireless information and power transfer), que permite que um nó receptor capte energia e, ao mesmo tempo, decodifique a informação a partir do sinal de radiofrequência proveniente do nó transmissor [2]. Assim, o uso combinado de comunicações cooperativas e de SWIPT permite obter ganhos de desempenho em termos de cobertura, confiabilidade e eficiência energética da rede.
OBJETIVOS:
Avaliar a probabilidade de outage de uma rede cooperativa que utiliza o protocolo amplifica-e-encaminha e SWIPT.
METODOLOGIA:
Considere a rede cooperativa apresentada na Fig. 1, composta por uma fonte (S), 𝐾 relays (R1, R2, … , R𝐾) e 𝑀 destinos (D1, D2, … , D𝑀). O esquema de comunicação escolhe o destino que possui melhor estado de canal no enlace S → D𝑚 e o relay que maximiza a relação sinal-ruído (SNR) recebida fim-a-fim para esse destino. O protocolo de retransmissão amplifica-e-encaminha de ganho fixo é considerado.
Todos os enlaces da rede são submetidos a ruído AWGN e desvanecimento Rayleigh com ganho médio do canal ΩXY= 𝑑𝑋𝑌−𝛼, onde 𝑑𝑋𝑌 é a distância entre os nós X e Y, e 𝛼 é o expoente de perda de percurso. Assim, a probabilidade de outage para o sistema sob estudo é dada por (1), mostrada no final dessa seção, em que 𝛾𝑆𝐷𝑚=𝑁𝑃𝑠
0|ℎ𝑆𝐷𝑚|2, 𝛾𝑆𝑅𝑘=(1−𝜌)𝑃𝑁 𝑠
0 |ℎ𝑆𝑅𝑘|2 e 𝛾𝑅𝑘𝐷𝑚=
𝜂𝜌𝑃𝑠
𝑁0 |ℎ𝑆𝑅𝑘|2|ℎ𝑅𝑘𝐷𝑚|2são as SNRs recebidas dos enlaces S → D𝑚, S → R𝑘 e R𝑘→ D𝑚, respectivamente, sendo ℎ𝑆𝐷𝑚, ℎ𝑆𝑅𝑘 e ℎ𝑅𝑘𝐷𝑚 os coeficientes de canal correspondentes, 𝜌 fator de divisão de potência, 𝜂 o coeficiente de eficiência de captação de energia, 𝐸[∙] o operador de esperança e 𝛾𝑡ℎ a SNR alvo que define o evento de outage.
𝑃𝑜𝑢𝑡= Pr (
max (
max𝑘
(
𝛾𝑆𝑅𝑘𝛾𝑅𝑘𝐷𝑚 𝛾𝑆𝑅𝑘+𝛾𝑅𝑘𝐷𝑚+|ℎ𝑆𝑅𝑘|
2 𝐸[|ℎ𝑆𝑅𝑘|2
]) , max
𝑚 (𝛾𝑆𝐷𝑚) )
< 𝛾𝑡ℎ
)
(1)
RESULTADOS E DISCUSSÃO:
A Fig. 2 foi obtida a partir de simulações de Monte Carlo, com os seguintes parâmetros: 𝑑𝑆𝐷= 1, 𝑑𝑆𝑅= 0,5, 𝑑𝑅𝐷= 0,5, 𝜂 = 0,7, 𝜌 = 0,5 e 𝛾𝑡ℎ= 15. A ordem de diversidade fornecida pela rede é de 𝐾 + 𝑀, visto que todas as curvas possuem inclinação igual àquela da curva de referência.
Para uma ordem de diversidade constante, observa-se que o cenário com um maior número de relays do que de destinos apresenta melhor desempenho. Portanto, conclui-se que a diversidade cooperativa traz mais benefícios do que a diversidade mutiusuário.
Fig. 2 REFERÊNCIAS:
[1] J. N. Laneman, D. N. C. Tse, and G. W. Wornell “Cooperative diversity in wireless networks: Efficient protocols and outage behavior,” IEEE Trans. Inf. Theory, vol. 50, no. 12, pp. 3062-3080. Dec. 2004.
[2] N. T. Do et al., “Opportunistic scheduling for fixed-gain amplify-and-forward-based multiuser multirelay cooperative networks,” in Proc. Int. Conf. Recent Advances Signal Process., Telecommun. Comput. (SigTelCom), Jan. 2017, pp. 49-54.
