KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.9
no.10
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pp.3908-3920
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2015
In this paper, performance analysis of full-duplex (FD) relay selection under decode-and-forward (DF) relaying mode is carried out by taking into account several critical factors, including the distributions of the received signal-to-noise ratio (SNR) and the outage probability of wireless links. The tradeoff between the FD and half-duplex (HD) modes for relay selection techniques is also analyzed, where the former suffers from the impact of residual self-interference, but the latter requires more channel resources than the former (i.e., two orthogonal channels are required). Furthermore, the impact of optimal power allocation (OPA) on the proposed relay-selection scheme is analyzed. Particularly, the exact closed-form expressions for outage probability of the proposed scheme over Rayleigh fading channels are derived, followed by validating the proposed analysis using simulation. Numerical results show that the proposed FD based scheme outperforms the HD based scheme by more than 4 dB in terms of coding gain, provided that the residual self-interference level in the FD mode can be substantially suppressed to the level that is below the noise power.
Ha Duy Hung;Hoang Van Toan;Tran Trung Duy;Le The Dung;Quang Sy Vu
ETRI Journal
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v.46
no.3
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pp.446-460
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2024
In this paper, we mathematically investigate a downlink non-orthogonal multiple access (NOMA) system for short-packet communications (SPC) in which the near users are used as full-duplex (FD) relays to forward intended signals from the source to a far user. In addition, partial relay selection is employed to enhance the performance of the FD relays under the impact of imperfect interference cancellation. At the far user, selection combining (SC) or maximal ratio combining (MRC) is employed to combine the signals received from the source and the selected FD relay. The analytical expressions for the average block error rate (BLER) of two users over flat Rayleigh fading channels are derived. Furthermore, closed-form asymptotic expressions of the average BLERs at the near and far users in high signal-to-noise ratio (SNR) regimes are obtained. The numerical results show that the analytical BLERs of the near user and far user closely match the simulation results.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.8
no.3
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pp.924-944
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2014
This paper investigates the power allocation and outage performance of MIMO full-duplex relaying (MFDR), based on orthogonal space-time block codes (OSTBC), in cognitive radio systems. OSTBC transmission is used as a simple means to achieve multi-antenna diversity gain. Cognitive MFDR systems not only have the advantage of increasing spectral efficiency through spectrum sharing, but they can also extend coverage through the use of relays. In cognitive MFDR systems, the primary user experiences interference from the secondary source and relay simultaneously, owing to full duplexing. It is therefore necessary to optimize the transmission powers at the secondary source and relay. In this paper, we propose an optimal power allocation (OPA) scheme based on minimizing the outage probability in cognitive MFDR systems. We also analyse the outage probability of the secondary user in noise-limited and interference-limited environments in Nakagami-m fading channels. Simulation results show that the proposed schemes achieve performance improvements in terms of reducing outage probability.
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea TC
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v.49
no.8
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pp.39-45
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2012
This paper investigates the capacity for the secondary user with the primary full duplex relay (FDR) network in spectrum sharing systems. For sharing the spectrum of the primary user, sharing scheme under the various primary network should be investigated. However, the conventional works only consider the point-to-point primary communication system. When the FDR node is used for the primary networks, both primary relay and destination suffer the interference from the secondary transmitter simultaneously. Thus, the strict interference constraint should be considered to share the spectrum of the primary user. Therefore, we investigate the capacity of the secondary user with the primary FDR network under the average and peak received-power constraints. In addition, we analyze the performance degradation by the selection of the worst interference channels to consider interference constraint in this system. Through the numerical results, the capacities of the primary and secondary users under the average received-power is superior to the that under the peak received-power constraint.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.11
no.6
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pp.2831-2847
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2017
In this paper, a joint destination-relay selection and antenna mode selection scheme for full-duplex (FD) relay network is investigated, which consists of one source node, N FD amplify-and-forward (AF) relays and M destination nodes. Multiple antennas are configured at the source node, and beamforming technique is adopted. Two antennas are employed at each relay, one for receiving and the other for transmitting. Only one antenna is equipped at each destination node. In the proposed scheme, the best destination node is firstly selected according to the direct links between the source node and destination nodes. Then the transmit and receive mode of two antennas at each relay is adaptively selected based on the relaying link condition. Meanwhile, the best relay with the optimal Tx/Rx antenna configuration is selected to forward the signals. To characterize the performance of the proposed scheme, the closed-form expression of the outage probability is derived; meanwhile, the simple asymptotic expressions are also obtained. Our analysis shows that the proposed scheme obtains the benefits of multi-relay diversity and multi-destination diversity. Moreover, extra space diversity in the medium SNR region can be achieved due to the antenna selection at the relay. Finally, Monte-Carlo simulations are provided to consolidate the analytical results, and show the effectiveness of the proposed scheme.
A MIMO multi-way relay channel with full data exchange in which K users exchange messages with each other via the help of a single relay is considered. For the case in which each link is quasi-static Rayleigh fading and the relay is full-duplex, the fundamental diversity-multiplexing tradeoff (DMT) is investigated, and we show that a compress-and-forward relay protocol can achieve the optimal DMT.
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.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.13
no.3
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pp.1311-1324
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2019
In the traditional cellular network communication, the cellular user and the base station exchange information through the uplink channel and downlink channel. Meanwhile, device-to-device (D2D) users access the cellular network by reusing the channel resources of the cellular users. However, when cellular user channel conditions are poor, not only D2D user cannot reuse its channel resources to access the network, but also cellular user's communication needs cannot be met. To solve this problem, we introduced a novelty D2D communication mechanism in the downlink, which D2D transmitter users as half-duplex (HD) relays to assist the downlink transmission of cellular users with reusing corresponding spectrum. The optimization goal of the system is to make the cellular users in the bad channel state meet the minimum transmission rate requirement and at the same time maximize the throughput of the D2D users. In addition, i for the purpose of improving the efficiency of relay transmission, we use two-antenna architecture of D2D relay to enable receive and transmit signals at the same time. Then we optimized power of base station and D2D relay separately with consideration of backhaul interference caused by two-antenna architectures. The simulation results show that the proposed HD relay strategyis superior to existing HD and full-duplex (FD) models in the aspects of system throughput and power efficiency.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.24
no.12
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pp.1639-1645
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2020
In this paper, we propose a virtual full-duplex relaying scheme based on data ferrying using two unmanned aerial vehicles (UAVs). By utilizing high mobility of two UAVs, the proposed relaying scheme can make each UAV communicate with a source node or a destination node when the UAV is near the source node or the destination node. The proposed relaying scheme can overcome the performance limitations of the half-duplex relaying and the implementation constraints of the full-duplex relaying. In addition, we propose an algorithm to shift the center point of two UAVs' trajectory with consideration of inter-relay interference (IRI). We show the simulation results of our proposed trajectory's center point shift algorithm. From the simulation results, it is shown that our proposed relaying scheme can achieve higher end-to-end spectral efficiency (SE) than the conventional static relaying scheme.
Nguyen, Tan N.;Do, Dinh-Thuan;Tran, Phuong T.;Voznak, Miroslav
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.10
no.9
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pp.4223-4239
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2016
In this paper, we consider an amplify-and-forward (AF) full-duplex relay network (FDRN) using simultaneous wireless information and power transfer, where a battery-free relay node harvests energy from the received radio frequency (RF) signals from a source node and uses the harvested energy to forward the source information to destination node. The time-switching relaying (TSR) protocol is studied, with the assumption that the channel state information (CSI) at the relay node is imperfect. We deliver a rigorous analysis of the outage probability of the proposed system. Based on the outage probability expressions, the optimal time switching factor are obtained via the numerical search method. The simulation and numerical results provide practical insights into the effect of various system parameters, such as the time switching factor, the noise power, the energy harvesting efficiency, and the channel estimation error on the performance of this network. It is also observed that for the imperfect CSI case, the proposed scheme still can provide acceptable outage performance given that the channel estimation error is bounded in a permissible interval.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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