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.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.8
no.4
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pp.1390-1405
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2014
This paper investigates optimal relay selection and power allocation under an aggregate power constraint for cooperative wireless sensor networks assisted by amplify-and-forward relay nodes. By considering both transmission power and circuit power consumptions, the received signal-to-noise ratio (SNR) at the destination node is calculated, based on which, a relay selection and power allocation scheme is developed. The core idea is to adaptively adjust the selected relays and their transmission power to maximize the received SNR according to the channel state information. The proposed scheme is derived by recasting the optimization problem into a three-layered problem-determining the number of relays to be activated, selecting the active relays, and performing power allocation among the selected relays. Monte Carlo simulation results demonstrate that the proposed scheme provides a higher received SNR and a lower bit error rate as compared to the average power allocation scheme.
Zhang, Huan;Lei, Hongjiang;Ansari, Imran Shafique;Pan, Gaofeng;Qaraqe, Khalid A.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.11
no.5
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pp.2416-2432
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2017
In this paper, we investigate the security performance for cooperative networks over Nakagami-m fading channels. Based on whether the channel state information (CSI) of wiretap link is available or not, optimal relay selection (ORS) and suboptimal relay selection (SRS) schemes are considered. Also, multiple relays combining (MRC) scheme is considered for comparison purpose. The exact and asymptotic closed-form expressions for secrecy outage probability (SOP) are derived and simulations are presented to validate the accuracy of our proposed analytical results. The numerical results illustrate that the ORS is the best scheme and SRS scheme is better than MRC scheme in some special scenarios such as when the destination is far away from the relays. Furthermore, through asymptotic analysis, we obtain the closed-form expressions for the secrecy diversity order and secrecy array gain for the three different selection schemes. The secrecy diversity order is closely related to the number of relays and fading parameter between relay and destination.
The Journal of the Institute of Internet, Broadcasting and Communication
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v.19
no.1
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pp.21-27
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2019
In this paper, we investigate the secrecy outage probability when using a partial relay selection scheme in cooperative communication systems based on decode-and-forward with multi-relay. It is assumed that both the receiving node and the eavesdropping node receive signals at both the transmitting node and the relaying node. The two received signals are used to obtain the diversity gain using the MRC scheme. In this paper, we compute the theoretical formula of secrecy outage probability and compare the theoretical value with the simulation value to prove that equation is valid. The simulation results show how the secrecy outage probability varies with the number of relays.
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea TC
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v.49
no.6
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pp.39-47
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2012
As a scheme to efficiently reduce the effects of multipath fading in next generation wireless communication systems, cooperative communication systems have recently come into the spotlight. Since these cooperative communication systems use cooperative relays with diverse fading coefficients to transmit information, having all relays participate in cooperative communication may result in unnecessary waste of resources, and thus relay selection schemes are required to efficiently use wireless resources. In this paper, we propose an efficient relay selection scheme through self-learning in cooperative wireless networks using Q-learning algorithm. In this scheme, we define states, actions and two rewards to achieve good SER (Symbol Error Rate) performance, while selecting a small number of cooperative relays. When these parameters are well-defined, we can obtain good performance. For demonstrating the superiority of the proposed Q-learning, We compared the proposed scheme with Q-learning and a relay selection scheme with a mathematical analysis. The simulation results show that, compared to a scheme that obtains optimum relays through a mathematical analysis, the proposed scheme uses resources efficiently by using smaller numbers of relays with comparable SER performance. According to these simulation results, the proposed scheme can be considered as a good attempt for future wireless communication.
Park, Jae Jung;Kim, Yoon Hyun;Kim, Jin Young;Yang, Jae Soo
The Journal of the Institute of Internet, Broadcasting and Communication
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v.12
no.6
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pp.251-255
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2012
In recent years, according to improvement of various vehicle instruments, railway also has been developed in various fields. As a result, to transmit accurate information to each railway system, the efficient communication system is required. In railway communication system, mitigation of wireless fading is very important. So, in this paper we introduced the cooperative relay channel model and cooperative relay scheme. Also we analyzed and simulated the cooperative relay scheme which is suitable for railway communication systems.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.36
no.2C
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pp.105-111
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2011
In this paper, we propose a novel Alamouti space-time transmission scheme for orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) based asynchronous cooperative communication systems with low relay complexity. The conventional scheme requires an additional operation likes time-reversal at the relay nodes besides the simple multiplications at the relay nodes, which result in increasing the complexity of relay nodes. Unlike the conventional scheme, exploiting the simple combination of the symbols at the source node and the simple multiplications at the relay nodes, the proposed scheme achieves the second order diversity gain by obtaining the Alamouti code structure at the destination node. Simulation results show that the proposed scheme achieves the second order diversity gain and has the same bit error rate performance as the conventional scheme.
Jiang, Hua;Xing, Xianglei;Zhao, Kanglian;Du, Sidan
ETRI Journal
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v.35
no.4
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pp.710-713
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2013
We propose a new space-time block coding (STBC) for asynchronous cooperative systems in full-duplex mode. The orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) transmission technique is used to combat the timing errors from the relay nodes. At the relay nodes, only one OFDM time slot is required to delay for a pair-wise symbol swap operation. The decoding complexity is lower for this new STBC than for the traditional quasi-orthogonal STBC. Simulation results show that the proposed scheme achieves excellent performances.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.22
no.3
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pp.520-526
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2018
In this paper, considering the superposition transmission-based wireless cooperative multicast communication system (ST-CMS) with multiple relays and destinations, we propose a relay selection scheme to improve the data rate of multicast communication. In addition, we adopt the optimal power allocation coefficient for the superposition transmission to maximize the data rate of the proposed relay selection scheme. To propose the relay selection scheme, we derive an approximate expression for the data rate of the ST-CMS, and present the relay selection scheme using only partial channel state information based on the approximate expression. Moreover, we derive an approximate average data rate of the proposed relay selection scheme. Through numerical investigation, comparing the average data rates of the proposed relay selection scheme and the optimal relay selection scheme using full channel state information, we show that the proposed scheme provides extremely similar performance to the optimal scheme in the high signal-to-noise power ratio region.
In this paper, we analyze the performance of the cooperative relay communication system which uses orthogonal frequency division multiplexing(OFDM) with hierarchical subcarrier modulation. In the cooperative relay communication system, data transmission is accomplished in two time slots. In the first time slot, the source broadcasts the signal to the relay and to the destination. The relay demodulates the received signal, remodulates and forwards it to the destination in the second time slot. The source uses hierarchical modulation for subcarriers to deal with the signal-to-noise power ratio (SNR) difference in the source-relay and source-destination links. The bit error rate (BER) of the relay transmission system with hierarchical modulation depends on the hierarchical modulation parameter. First, we derive the relationship between BER and the parameter, and find the optimal parameter giving the minimum BER through computer simulations. Then, we analyze the performance of the proposed cooperative relay communication system according to the relay location. From this results, we find optimal relay location to maximize the BER performance.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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