Feedback Enhances Simultaneous Wireless Information and Energy Transmission in Multiple Access Channels

Selma Belhadj Amor (1) , Samir M. Perlaza (1) , Ioannis Krikidis (2) , H. Vincent Poor (3)

1 SOCRATE - Software and Cognitive radio for telecommunications
2 UCY - University of Cyprus [Nicosia]
3 Princeton University

In this report, the fundamental limits of simultaneous information and energy transmission in the two-user Gaussian multiple access channel (G-MAC) with and without feedback are fully characterized. All the achievable information and energy transmission rates (in bits per channel use and energy-units per channel use, respectively) are identified. Thus, the information-energy capacity region is defined in both cases. In the case without feedback, an achievability scheme based on power-splitting and successive interference cancelation is shown to be optimal. Alternatively, in the case with feedback (G-MAC-F), a simple yet optimal achievability scheme based on power-splitting and Ozarow's capacity achieving scheme is presented. Three of the most important observations in this work are: (a) The information-energy capacity region of the G-MAC without feedback can be a proper subset of the information-energy capacity region of the G-MAC-F and (b) Feedback can at most double the energy rate for a fixed information rate.

Dans le présent-rapport, les limites fondamentales de la transmission simultanée d'information et d'énergie dans le canal Gaussien à accès multiple (G-MAC) avec et sans voie de retour sont déterminées. L'ensemble des débits atteignables de transmission d'information et d'énergie (en bits par utilisation canal et en unités d'énergie par utilisation canal respectivement) est identifié. Ainsi, les régions de capacité d'information-énergie sont définies dans les deux cas. Dans le cas sans voie de retour, on démontre qu'un schéma d'atteignabilité, basé sur la division de puissance et sur l'annulation successive de l'interférence, est optimal. Alternativement, dans le cas avec voie de retour (G-MAC-F), un schéma d'atteignabilité, simple mais optimal, basé sur la division de puissance et sur le schéma d'Ozarow qui atteint la capacité, est présenté. Trois parmi les observations les plus importantes dans ce travail sont: (a) la région de capacité d'information-énergie du G-MAC sans voie de retour peut-être un sous-ensemble propre de la région de capacité d'information-énergie du G-MAC-F et (b) l'utilisation de la voie de retour peut au plus multiplier par deux le débit d'énergie pour un débit d'information fixé.

Mots clés: information-energy capacity region.; simultaneous information and energy transmission; RF energy harvesting; Feedback; Gaussian multiple access channel

Mots clés: Voie de retour; canal Gaussien à accès multiple (G-MAC); transmission simultanée d'information et d'énergie; collecte d'énergie RF; région de capacité d'information-énergie

Domaines: Théorie de l'information [cs.IT]; Théorie de l'information et codage [math.IT]

Selma Belhadj Amor, Samir M. Perlaza, Ioannis Krikidis, H. Vincent Poor. Feedback Enhances Simultaneous Wireless Information and Energy Transmission in Multiple Access Channels. [Research Report] RR-8804, INRIA Grenoble - Rhône-Alpes. 2015. ⟨hal-01223586v5⟩