Simultaneous Information and Energy Transmission
Transmission Simultanée d’Information et d’Énergie
Résumé
In this thesis, the fundamental limits of simultaneous information and energy transmission
(SIET) are studied from two perspectives: the asymptotic and non-asymptotic
block-length regimes. In the asymptotic block-length regime, the fundamental limits
on SIET in the two-user Gaussian interference channel (G-IC) with and without feedback are
characterized. More specifically, an achievable and converse regions in terms of information
and energy transmission rates (in bits per channel use and energy-units per channel use,
respectively) are identified. In both cases, with and without feedback, an achievability scheme
based on power-splitting, common randomness, rate splitting, block-Markov superposition
coding, and backward decoding is presented. Finally, converse regions for both cases are
obtained using some of the existing outer bounds on information transmission rates, as well as
a new outer bound on the energy transmission rate. For the finite block-length regime, the
case of a transmitter simultaneously sending information to a receiver and energy to an energy
harvester through the binary symmetric channel has been studied. Given a finite number
of channel uses (latency constraint) as well as tolerable average decoding error probability
and energy shortage probability (reliability constraints), two sets of information and energy
transmission rates are presented. One consists in rate pairs for which the existence of at
least one code achieving such rates under the latency and reliability constraints is proved
(achievable region). The second one consists in a set whose complement contains the rate
pairs for which there does not exist a code capable of achieving such rates (converse region).
These two sets approximate the information-energy capacity region, which allows analyzing
the trade-offs among performance, latency, and reliability in SIET systems.
Dans cette thèse, les limites fondamentales de la transmission simultanée d’information
et d’énergie sont étudiées sous deux perspectives : le régime asymptotique
et le régime non-asymptotique. Pour le régime asymptotique, les limites
fondamentales de la transmission simultanée d’information et d’énergie dans le canal Gaussien
à interférence (G-IC) avec et sans voie de retour sont déterminées. Un ensemble des débits
atteignables de transmission d’information et d’énergie (en bits par utilisation du canal et
en unités d’énergie par utilisation du canal respectivement) est identifié. Pour les deux cas,
un schéma de faisabilité basé sur division de puissance, des variable aléatoire en commun,
division de débit, codage superposé en block du Markov , et décodage en arrière est présenté.
Finalement, une région converse pour les deux cas est obtenu en utilisant des techniques de
majoration dans la littérature pour les débits d’information et aussi un majorant pour le débit
d’énergie en utilisant la loi des grands nombres. Deuxièmement, le problème d’introduction
d’un récepteur d’énergie dans le canal binaire symétrique est présenté. Pour ce problème, une
borne de faisabilité et une borne d’impossibilité sont obtenues dans le régime non-asymptotique.
Ces deux bornes caractérisent le nombre maximal de bits d’information et d’énergie qui peuvent
être introduits de manière furtive pour le canal binaire symétrique.