A thorough understanding of fundamental limits of wireless-powered unmanned aerial vehicle (UAV) relay networks in millimeter waves is still missing. We narrow this gap by investigating the outage performance of a UAV-assisted wireless network over fluctuating two-ray (FTR) channels. The FTR fading model is particularly appealing since well characterizes the wireless propagation in a wide range of frequencies, including those in millimeter waves. The proposed setup consists of a source-destination pair communicating with the assistance of a UAV, which is a wireless-powered relay station operating in full-duplex mode under the amplify-and-forward protocol. For the wireless energy harvesting at the UAV, wireless power transfer (WPT), simultaneous wireless information and power transfer (SWIPT), and self-recycling energy techniques are employed together. To characterize the system outage probability, we obtain an integral-form expression derived from an approximate analysis and a simple closed-form expression derived from an asymptotic analysis at the high signal-to-noise ratio (SNR) regime. Monte Carlo simulations are provided to validate the correctness of our theoretical results and provide insights on the network performance in terms of key system parameters. Interestingly, obtained results show that the FTR fading parameters corresponding to the first hop and second hop play no role on the system outage performance at high SNR. Instead, it is mainly governed by the effect of the residual self-interference at the UAV, leading to outage floors.Index Terms-Fluctuating two-ray, full duplex, mmWave communications, outage probability, simultaneous wireless information and power transfer, unmanned aerial vehicle.

Resumo-Neste artigo, o desempenho de diferentes esquemas de seleção de relayé avaliado em termos da probabilidade de outage para uma rede cooperativa-cognitiva com compartilhamento espectral do tipo underlay, que consiste de múltiplos relays do tipo decodifica-e-encaminha operando em modo de retransmissão full duplex. Para tanto, quatro critérios de seleção de relay são considerados, a saber: (i) critério de seleçãoótimo, que requer conhecimento global do estado de todos os enlaces da rede; e três critérios de seleção subótimos, os quais requerem conhecimento parcial dos estados de canal da rede, considerando (ii) os enlaces de auto interferência residual nos relays, (iii) os enlaces fonte-relay e (iv) os enlaces relay-destino. Considera-se ainda um esquema arbitrário de alocação de potência entre a fonte e o relay escolhido. Para esse cenário, o efeito combinado da temperatura de interferência no receptor primário, da potência máxima disponível nos nós secundários e da auto interferência nos relaysé avaliado através de simulações exaustivas de Monte Carlo. Palavras-Chave-Decodifica-e-encaminha, diversidade cooperativa, full duplex, probabilidade de outage, seleção de relay.

Resumo-Neste trabalho, uma caracterização estatística do modelo de canal de desvanecimento Fluctuating Two-Ray (FTR) é realizada em termos da função densidade de probabilidade (PDF), e o desempenho de um sistema de comunicação sem fio ponto-a-ponto sujeito a esse tipo de desvanecimento é avaliado em termos da probabilidade de outage. O modelo FTR, proposto recentemente na literatura, é uma distribuição generalizada que tem recebido especial atenção, já que apresenta um excelente ajuste a medições de campo em uma ampla faixa de frequências, incluindo a faixa das ondas milimétricas. Por meio de rotinas de simulação, histogramas para o coeficiente de canal FTR são gerados, os quais são confrontados com a expressão analítica da PDF. O efeito do desvanecimento sobre a probabilidade de outage do sistema é avaliado por meio de simulações exaustivas de Monte Carlo em função dos parâmetros do modelo FTR. Palavras-Chave-Canal de desvanecimento, comunicações mmWave, Fluctuating Two-Ray, probabilidade de outage.

Resumo-Neste artigo, o desempenho de uma rede sem fio assistida por um veículo aéreo não tripulado (VANT) em canais do tipo fluctuating two-ray (FTR) é avaliado em termos da probabilidade de outage. 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. Considera-se ainda as técnicas de transferência de energia sem fio (WET), transferência simultânea de potência e informação (SWIPT) e autorreciclagem de energia. O desempenho do sistema é avaliado por meio de simulações exaustivas de Monte Carlo em função de vários parâmetros-chave, tais como o fator de alocação de tempo entre as fases WET e SWIPT, fator de divisão de potência, ganho médio do canal de autointerferência, dentre outros. Palavras-Chave-Comunicações mmWave, fluctuating two-ray, full duplex, probabilidade de outage, veículo aéreo não tripulado, transferência simultânea de potência e informação.

Resumo-Neste artigo, o desempenho de dois esquemas de seleção de relayé analisado em termos da probabilidade de outage para uma rede cooperativa-cognitiva com compartilhamento espectral do tipo underlay, que consiste de múltiplos relays do tipo decodifica-e-encaminha operando em modo de retransmissão full duplex. Dois critérios de seleção de relay são considerados, a saber: (i) critério de seleçãoótimo, que requer conhecimento global do estado de todos os enlaces da rede; e (ii) critério de seleção subótimo, que requer conhecimento parcial dos estados de canal da rede, mais especificamente, dos enlaces fonte-relay. Como contribuições deste trabalho, para cada critério de seleção de relay proposto, expressões analíticas para a probabilidade de outage assintótica em regime de alta relação sinal-ruído são obtidas. Além disso, simulações de Monte Carlo são realizadas para validar essas expressões e avaliar o desempenho da rede em função de parâmetros-chave do sistema. Palavras-Chave-Decodifica-e-encaminha, diversidade cooperativa, probabilidade de outage, retransmissão full duplex, seleção de relay.