Maximización del rendimiento en redes de comunicación alimentadas de manera inalámbrica

Este documento estudia la red de comunicación alimentada de manera inalámbrica que está emergiendo, en la cual un punto de acceso híbrido (H-AP) con suministro de energía constante coordina las transmisiones de energía/información inalámbrica hacia/desde un conjunto de usuarios distribuidos que no tienen otras fuentes de energía. Se propone un protocolo de "cosechar-y-luego-transmitir" donde todos los usuarios primero cosechan la energía inalámbrica transmitida por el H-AP en el enlace de bajada (DL) y luego envían su información independiente al H-AP en el enlace de subida (UL) mediante acceso múltiple por división de tiempo (TDMA). Primero, estudiamos la maximización del rendimiento total de todos los usuarios optimizando conjuntamente la asignación de tiempo para la transferencia de energía inalámbrica DL frente a las transmisiones de información UL de los usuarios dado un tiempo total limitado basado en los canales DL y UL de los usuarios, así como sus valores promedio de energía cosechada. Al aplicar técnicas de optimización convexa, obtenemos expresiones en forma cerrada para las asignaciones de tiempo óptimas que maximizan el rendimiento total. Nuestra solución revela un interesante fenómeno de "doble cerca-lejos" debido a la atenuación de la señal dependiente de la distancia tanto en DL como en UL, donde un usuario lejano del H-AP, que recibe menos energía inalámbrica que un usuario más cercano en DL, tiene que transmitir con más potencia en UL para una transmisión de información confiable. Como resultado, se muestra que el rendimiento total máximo se logra al asignar sustancialmente más tiempo a los usuarios cercanos que a los lejanos, lo que resulta en una asignación de tasas injusta entre diferentes usuarios. Para superar este problema, además proponemos un nuevo métricas de rendimiento denominada rendimiento común con la restricción adicional de que todos los usuarios deben ser asignados una tasa igual sin importar sus distancias al H-AP. Presentamos un algoritmo eficiente para resolver el problema de maximización del rendimiento común. Los resultados de simulación demuestran la efectividad del enfoque de rendimiento común para resolver el nuevo problema de doble cerca-lejos en redes de comunicación alimentadas de manera inalámbrica.