KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.16
no.4
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pp.1373-1391
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2022
We investigate mobile multiple-input multiple-output (MIMO) molecular communication via diffusion (MCvD) system which is consisted of two source nodes, two destination nodes and one relay node in the mobile three-dimensional channel. First, the combinations of decode-and-forward (DF) relaying protocol and network coding (NC) scheme are implemented at relay node. The adaptive thresholds at relay node and destination nodes can be obtained by maximum a posteriori (MAP) probability detection method. Then the mathematical expressions of the average bit error probability (BEP) of this mobile MIMO MCvD system based on DF and NC scheme are derived. Furthermore, in order to minimize the average BEP, we establish the optimization problem with optimization variables which include the ratio of the number of emitted molecules at two source nodes and the initial position of relay node. We put forward an iterative scheme based on block coordinate descent algorithm which can be used to solve the optimization problem and get optimal values of the optimization variables simultaneously. Finally, the numerical results reveal that the proposed iterative method has good convergence behavior. The average BEP performance of this system can be improved by performing the joint optimizations.
Multihop transmission is a promising technique that helps in achieving broader coverage (excellent network connectivity) and preventing the impairment of wireless channels. This paper proposes a cluster-based multihop wireless network that makes use of the advantages of multihop relaying, i.e., path loss gain, and partial relay selection in each hop, i.e., spatial diversity. In this partial relay selection, the node with the maximum instantaneous channel gain will serve as the sender for the next hop. With the proposed protocol, the transmit power and spectral efficiency can be improved over those in the case of direct transmission and conventional multihop transmission. Moreover, at a high signal-to-noise ratio (SNR), the performance of the system with at least two nodes in each cluster is dependent only on the last hop and not on any of the intermediate hops. For a practically feasible decode-and-forward relay strategy, a compact expression for the probability density function of the end-to-end SNR at the destination is derived. This expression is then used to derive closed-form expressions for the outage probability, average symbol error rate, and average bit error rate for M-ary square quadrature amplitude modulation as well as to determine the spectral efficiency of the system. In addition, the probability of SNR gain over direct transmission is investigated for different environments. The mathematical analysis is verified by various simulation results for demonstrating the accuracy of the theoretical approach.
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.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.35
no.6A
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pp.547-554
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2010
Recently, the multi-band orthogonal frequency division multiplexing(MB-OFDM) system, one of UWB system, can satisfy the requirement and can be applied to various wireless communication services because ultra-wideband(UWB) is a wireless communication technique that supports high data rate with low power. In this paper, the method applying Alamouti's space time block code(STBC) and cyclic delay diversity(CDD) is proposed. The proposed method can be easily applied with arbitrary number of relays and only needs two time slots of quasi stationary assumption. And it is applied to the MB-OFDM system. Second, an optimal relaying scheme based on decode-and-forward(DF) method is proposed which is provides good error performance compared to conventional schemes.
In this paper, we consider the wireless-powered backscatter communication which consists of a power beacon, a source, a relay, and a destination. For the proposed wireless-powered backscatter communication, the source transmits its signals to both the relay and the destination via a backscattering channel and the relay which has a rechargeable battery performs an energy harvesting as well as an information forwarding based on the time switching relay (TSR) protocol. Based on the decode-and-forward (DF) relay transmission, we investigate performances of the proposed system in terms of outage probability and transmission rate in which the exact performance analysis of outage probability is given. Finally, some numerical examples are given to verify our provided analytical results for different system conditions.
Journal of information and communication convergence engineering
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v.9
no.5
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pp.515-522
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2011
In this paper, we investigate cooperative diversity in a spectrum sharing environment where secondary users utilize primary users' spectrum only if the interference power received at the primary users is maintained below a predetermined level. The outage probability of a selective decode-and-forward (DF) based cooperative diversity scheme in the secondary network is derived to analyze the effects of spectrum sharing on cooperative diversity. Our analytical and simulation results show that the outage probability is saturated at a certain level of transmit power of secondary users due to interference regulation, and, hence, cooperative diversity gains are lost. Through asymptotic analysis, we also identify the critical value of transmit SNR beyond which the outage probability is saturated.
Proceedings of the Korean Society of Broadcast Engineers Conference
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2010.07a
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pp.96-97
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2010
다중 홉 중계기술은 차세대 무선통신을 위한 핵심 기술로 최근 전 세계적으로 활발히 연구되고 있으며, 셀 용량 증대, 셀영역 확장, 음영지역 축소 등의 장점으로 인하여, IEEE 802.11s, 802.15.4, 802.16j 등의 표준화에의 반영을 위한 논의가 활발히 진행되고 있다. 본 논문에서는 간섭신호가 존재하지 않는 이상적 네트워크 환경을 고려한 기존 연구의 한계를 극복하기 위해, 다중 간섭신호가 존재하는 레일레이(Rayleigh) 페이딩 채널에서 이중 홉(dual-hop) 복호후재전송(DF : decode-and-forward) 중계시스템의 시스템 모델을 제안하고, 모의실험을 통하여 불능확률 및 4진 직교 진폭 변조(4-QAM)를 위한 평균비트오율 (average bit error rate) 성능을 살펴본다.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.10
no.1
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pp.187-199
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2016
In this paper, we consider secure communications in multi-hop relaying systems, where multiple decode-and-forward (DF) relays are located at each individual hop and perform cooperative beamforming to improve physical layer security. In order to determine the cooperative relay beamformer at each hop, we propose an iterative beamformer update scheme using semidefinite relaxation and bisection techniques. Numerical results are presented to verify the secrecy rate performance of the proposed scheme.
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.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.8
no.11
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pp.3967-3983
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2014
The performance of an partial relay selection on the decode-and-forward (DF) mode cognitive radio (CR) relay networks is studied, with some important factors, including the outage probability, the bit error ratio (BER), and the average channel capacity being analyzed. Different from the conventional relay selection schemes, the impact of spectrum sensing process as well as the spectrum utilization efficiency of primary users on the performance of DF-based CR relaying networks has been taken into consideration. In particular, the exact closed-form expressions for the figures of merit such as outage probability, BER, and average channel capacity over independent and identically distributed (i.i.d.) Rayleigh fading channels, have been derived in this paper. The validity of the proposed analysis is proven by simulation, which showed that the numerical results are consistent with the theoretical analysis in terms of the outage probability, the BER and the average channel capacity. It is also shown that the full spatial diversity order can always be obtained at the signal-to-noise ratio (SNR) range of [0dB, 15dB] in the presence of multiple potential relays.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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