KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.8
no.12
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pp.4432-4450
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2014
It is widely observed that in practical wireless cooperative communication systems, different links may experience different fading characteristics. In this paper, we investigate into the outage probability and channel capacity of two-way amplify-and-forward (TWAF) relaying systems operating over a mixed asymmetric Rician and Rayleigh fading scenario, with different amplification policies (AP) adopted at the relay, respectively. As TWAF relay network carries concurrent traffics towards two opposite directions, both end-to-end and overall performance metrics were considered. In detail, both uniform exact expressions and simplified asymptotic expressions for the end-to-end outage probability (OP) were presented, based on which the system overall OP was studied under the condition of the two source nodes having non-identical traffic requirements. Furthermore, exact expressions for tight lower bounds as well as high SNR approximations of channel capacity of the considered scenario were presented. For both OP and channel capacity, with different APs, effective power allocation (PA) schemes under different constraints were given to optimize the system performance. Extensive simulations were carried out to verify the analytical results and to demonstrate the impact of channel asymmetry on the system performance.
The Journal of The Korea Institute of Intelligent Transport Systems
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v.11
no.6
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pp.70-80
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2012
In this paper, we consider the amplify-and-forward relaying systems with the relay selection (AF-RS) using full channel information (FCI) and using partial channel information (PCI), respectively, in which the direct communication link between a source and a destination is available. And, the outage probabilities for the AF-RS using FCI and using PCI are investigated in Rayleigh fading channels, respectively. We provide exact outage probabilities, tight outage probability lower bounds, and asymptotic outage probabilities, respectively. And also, we present coding gains achievable by the AF-RS using FCI and using PCI. Through numerical investigation, all the analytic expressions are verified, and the coding gains are respectively evaluated with different average channel powers for the first and the second hop as well as different numbers of relays.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.13
no.2
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pp.711-732
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2019
Many unmanned aerial vehicle (UAV) applications have been employed for performing data collection in facilitating tasks such as surveillance and monitoring objectives in remote and dangerous environments. In light of the fact that most of the existing UAV relaying applications operate in conventional half-duplex (HD) mode, a full-duplex (FD) based UAV relay aided wireless network is investigated, in which the UAV relay helps forwarding information from the source (S) node to the destination (D). Since the activated UAV relays are always floating and flying in the air, its channel state information (CSI) as well as channel capacity is a time-variant parameter. Considering decode-and-forward (DF) relaying protocol in UAV relays, the cooperative relaying channel capacity is constrained by the relatively weaker one (i.e. in terms of signal-to-noise ratio (SNR) or signal-to-interference-plus-noise ratio (SINR)) between S-to-relay and relay-to-D links. The channel capacity can be optimized by adaptively optimizing the transmit power of S and/or UAV relay. Furthermore, a hybrid HD/FD mode is enabled in the proposed UAV relays for adaptively optimizing the channel utilization subject to the instantaneous CSI and/or remaining self-interference (SI) levels. Numerical results show that the channel capacity of the proposed UAV relay aided wireless networks can be maximized by adaptively responding to the influence of various real-time factors.
This paper proposes a mechanism to increase performance using cooperative communications in IEEE 802.11 environment. Existing algorithms use one relay between a source and a destination, which is a 2 hop relay. The proposed algorithm utilizes more than one relay to complement inefficiency of using one relay. In the proposed mechanism, an AP manages network information (rate), which is used to select relays of a source by the AP. The AP notifies the selected relays to the source and neighbor nodes, and the source transmits data to the relays for cooperative communications. Moreover, relays are given to have an opportunity to send its own data right after relaying the source's data. So relays are compensated for the power to send the source's data and overall throughput is improved.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.7
no.8
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pp.1770-1785
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2013
In this paper, a multi-hop transmission protocol based on parallel communication of secondary users (SUs) is proposed. The primary multi-hop network coexists with a set of SUs by cooperative spectrum sharing. The main optimization target of our protocol is the overall performance of the secondary system with the guarantee of the primary outage performance. The energy consumption of the primary system is reduced by the cooperation of SUs. The aim of the primary source is to communicate with the primary destination via a number of primary relays. SUs may serve as extra decode-and-forward relays for the primary network. When an SU acts as a relay for a primary user (PU), some other SUs that satisfy the condition for parallel communication are selected to simultaneously access the primary spectrum for secondary transmissions. For the proposed protocol, two opportunistic routing strategies are proposed, and a search algorithm to select the SUs for parallel communication is described. The throughput of the SUs and the PU is illustrated. Numerical results demonstrate that the average throughput of the SUs is greatly improved, and the end-to-end throughput of the PU is slightly increased in the proposed protocol when there are more than seven SUs.
The Journal of the Institute of Internet, Broadcasting and Communication
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v.13
no.4
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pp.23-28
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2013
In this paper, we propose a simple bidirectional transmission protocol using network coding and digital Fountain codes. In particular, in the proposed scheme, two sources use digital Fountain codes to transmit their message to each other with the help of relays. Then, relays use Fountain codes and network coding to forward the source messages to both sources. To evaluate performance of the proposed protocols, we present the average total throughput over Rayleigh fading channels via Various Monte-Carlo simulations. Results show that the proposed protocol outperforms the two-way relaying transmission protocol without using network coding technique at high SNR region.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.10
no.10
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pp.4957-4976
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2016
This paper investigates the error performance of the amplify-and-forward (AF) relaying systems in the context of full-duplex (FD) communication. In addition to the inherent self-interference (SI) due to simultaneous transmission and reception, coexistent FD terminals may cause crosstalk. In this paper, we utilize the information exchange via the crosstalk channel to construct a particular distributed space-time code (DSTC). The residual SI is also considered. Closed-form pairwise error probability (PEP) is first derived. Then we obtain the upper bound of PEP in high transmit power region to provide more insights of diversity and coding gain. The proposed DSTC scheme can attain full cooperative diversity if the variance of SI is not a function of the transmit power. The coding gain can be improved by lengthening the frame and proper power control. Feasibility and efficiency of the proposed DSTC are verified in numerical simulations.
Ji, Qiang;Zhang, Shifeng;Zhao, Haoguang;Zhang, Tiankui;Cao, Jinlong
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.11
no.9
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pp.4357-4378
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2017
In cooperative multi-relay networks, the relay nodes which are selected are very important to the system performance. How to choose the best cooperative relay nodes is an optimization problem. In this paper, multi-relay selection schemes which consider either single objective or multi-objective are proposed based on evolutionary algorithms. Firstly, the single objective optimization problems of multi-relay selection considering signal to noise ratio (SNR) or power efficiency maximization are solved based on the quantum bee colony optimization (QBCO). Then the multi-objective optimization problems of multi-relay selection considering SNR maximization and power consumption minimization (two contradictive objectives) or SNR maximization and power efficiency maximization (also two contradictive objectives) are solved based on non-dominated sorting quantum bee colony optimization (NSQBCO), which can obtain the Pareto front solutions considering two contradictive objectives simultaneously. Simulation results show that QBCO based multi-relay selection schemes have the ability to search global optimal solution compared with other multi-relay selection schemes in literature, while NSQBCO based multi-relay selection schemes can obtain the same Pareto front solutions as exhaustive search when the number of relays is not very large. When the number of relays is very large, exhaustive search cannot be used due to complexity but NSQBCO based multi-relay selection schemes can still be used to solve the problems. All simulation results demonstrate the effectiveness of the proposed schemes.
The Journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science
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v.22
no.3
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pp.354-361
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2011
In this paper, we propose a spectrum sharing system that enable secondary user's spectrum access in cooperative communication scheme. At phase 1, a transmitter in primary system broadcasts signals to the rest nodes. And then, at phase 2, a transmitter in secondary system combines the decoded signals after received from a transmitter in primary system and its own signal. And then transmitter of secondary system broadcasts the combined signals to receivers of primary and secondary systems. At this time, due to the process of combining signals, receivers of primary and secondary systems experiences a performance degradation. Therefore, we propose a novel adaptive incremental decode-andforward(AIDF) protocol to overcome this problem. By using AIDF protocol, we show performance improvement of total system through various simulations.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.9
no.1
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pp.260-279
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2015
In this paper, we investigate physical layer security for multiple decode-and-forward (DF) relaying underlay cognitive radio networks (CRNs) with fixed transmit power at the secondary network against passive eavesdropping attacks. We propose a simple relay selection scheme to improve wireless transmission security based on the instantaneous channel information of all legitimate users and the statistical information about the eavesdropper channels. The closed-form expressions of the probability of non-zero secrecy capacity and the secrecy outage probability (SOP) are derived over independent and non-identically distributed Rayleigh fading environments. Furthermore, we conduct the asymptotic analysis to evaluate the secrecy diversity order performance and prove that full diversity is achieved by using the proposed relay selection. Finally, numerical results are presented to verify the theoretical analysis and depict that primary interference constrain has a significant impact on the secure performance and a proper transmit power for the second transmitters is preferred to be energy-efficient and improve the secure performance.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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