Deng, Chao;Zhao, Xiaoya;Zhang, Di;Li, Xingwang;Li, Jingjing;Cavalcante, Charles Casimiro
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제12권9호
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pp.4295-4316
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2018
In this paper, the performance of non-orthogonal multiple access (NOMA) dual-hop (DH) amplify-and-forward (AF) relaying networks is investigated, where Nakagami-m fading channel is considered. In order to cover more details, in our analysis, the transceiver hardware impairments at source, relay and destination nodes are comprehensively considered. To characterize the effects of hardware impairments brought in NOMA DH AF relaying networks, the analytical closed-form expressions for the exact outage probability and approximate ergodic sum rate are derived. In addition, the asymptotic analysis of the outage probability and ergodic sum rate at high signal-to-noise ratio (SNR) regime are carried out in order to further reveal the insights of the parameters for hardware impairments on the network performance. Simulation results indicate the performance of asymptotic ergodic sum rate are limited by levels of distortion noise.
Tebe, Parfait I.;Wen, Guangjun;Li, Jian;Huang, Yongjun;Ampoma, Affum E.;Gyasi, Kwame O.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제13권5호
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pp.2357-2380
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2019
In this paper, we investigate the impact of hardware impairments (HWIs) on the performance of a downlink massive MIMO system. We consider a single-cell system with maximum ratio transmission (MRT) as precoding scheme, and with all the HWIs characteristics such as phase noise, distortion noise, and amplified thermal noise. Based on the system model, we derive closed-form expressions for a typical user data rate under two scenarios: when a common local oscillator (CLO) is used at the base station and when separated oscillators (SLOs) are used. We also derive closed-form expressions for the downlink transmit power required for some desired per-user data rate under each scenario. Compared to the conventional system with ideal transceiver hardware, our results show that impairments of hardware make a finite upper limit on the user's downlink channel capacity; and as the number of base station antennas grows large, it is only the hardware impairments at the users that mainly limit the capacity. Our results also show that SLOs configuration provides higher data rate than CLO at the price of higher power consumption. An approach to minimize the effect of the hardware impairments on the system performance is also proposed in the paper. In our approach, we show that by reducing the cell size, the effect of accumulated phase noise during channel estimation time is minimized and hence the user capacity is increased, and the downlink transmit power is decreased.
Tian, Xinji;Li, Qianqian;Li, Xingwang;Zhang, Hui;Rabie, Khaled;Cavalcante, Charles Casimiro
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제13권11호
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pp.5370-5393
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2019
In this paper, we consider a two-way relay non-orthogonal multiple access (TWR-NOMA) system with residual hardware impairments (RHIs) and channel estimation errors (CEEs), where two group users exchange their information via the decode-and-forward (DF) relay by using NOMA protocol. To evaluate the performance of the considered system, exact analytical expressions for the outage probability of the two groups users are derived in closed-form. Moreover, the asymptotic outage behavior in the high signal-to-noise ratio (SNR) regime is examined and the diversity order is derived and discussed. Numerical simulation results verify the accuracy of theoretical analyses, and show that: i) RHIs and CEEs have a deleterious effects on the outage probabilities; ii) CEEs have significant effects on the performance of the near user; iii) Due to the RHIs, CEEs, inter-group interference and intra-group interference, there exists error floors for the outage probability.
This paper investigates the effect of hardware impairments (HIs) and imperfect channel state information (ICSI) on a SWIPT-assisted adaptive nonorthogonal multiple access (NOMA)/orthogonal multiple access (OMA) system over independent and nonidentical Rayleigh fading channels. In the NOMA mode, the energy-constrained near users act as a relay to improve the performance for the far users. The OMA transmission mode is adopted to avoid a complete outage when NOMA is infeasible. The best user selection scheme is considered to maximize the energy harvested and avoid error propagation. To characterize the performance of the proposed systems, closed-form and asymptotic expressions of the outage probability for both near and far users are studied. Moreover, exact and approximate expressions of the ergodic rate for near and far users are investigated. Simulation results are provided to verify our theoretical analysis and confirm the superiority of the proposed NOMA/OMA scheme in comparison with the conventional NOMA and OMA protocol with/without HIs and ICSI.
물리계층보안은 신호의 물리적 특성을 이용하여 정보를 보호하는 보안 기법이다. 현재 이에 대한 연구가 활발히 진행 중이지만 해결해야할 다음과 같은 문제점들이 존재한다. 도청자는 자신의 존재를 숨기기 위해서 자신의 채널상태정보를 다른 합법적인 노드와 공유하지는 않는다. 그리고 노드가 신호를 전송할 때 하드웨어 왜곡이 발생하지만 많은 연구들은 노드 모델들이 이상적인 것으로 가정을 하고, 하드웨어 왜곡문제를 고려하지 않고 있다. 이와 같은 문제점들을 해결하기 위한 본 논문의 주요한 특징 및 기여도는 다음과 같다. 첫째, 도청자의 채널상태정보를 얻기 위해서 조력자노드를 합법적인 노드주변에 설치하고, 조력자노드의 채널상태정보를 이용하여 노드모델에서 하드웨어 왜곡을 고려한다. 둘째, 제안된 시스템 모델의 인터셉트 확률에 대한 Closed-Form Expression을 제시한다. 제안된 시스템의 성능평가를 위해서 다양한 시뮬레이션를 통하여 제안된 시스템 모델의 물리계층보안에 미치는 영향을 알아본 결과, 불완전한 채널상태정보는 인터셉트 확률에는 영향을 미치지 못한 반면에, 불완전한 노드모델의 경우, 인터셉트 확률, 에르고딕 시크리스 용량과 보안채널용량에 영향을 준다는 것을 보여준다.
본 논문은 QPSK 변조방식을 사용하는 W-CDMA 사용자 설비 시스템에서 진폭 불균형 및 위상 불균형과 같은 RF I/Q 성능열화 요인들에 의한 시스템 성능열화 현상을 다루었다. I/Q 진폭 및 위상 에러에 의한 인접 심볼 간 거리변화를 이용하여 BER 성능 열화를 분석하였고, Matlab 시뮬레이션을 통해 I/Q 진폭 및 위상 에러에 의한 BER 성능열화를 검토하였다. 테스트를 고려하여 구현된 RF 트랜시버와 변복조 측정 장비를 이용하여 성능열화를 에러 벡터 크기 값으로 측정함으로써 하드웨어 구현관점에서 W-CDMA사용자 설비 시스템의 I/Q 진폭 및 위상 에러에 관한 최소 성능요구 사항과 성능열화 요인 측정 방법을 제시하였다.
In high-speed multimedia satellite communication systems, it is essential to provide high-quality, economical services by using efficient transmission schemes which can overcome channel impairments appearing in the satellite link. This paper introduces techniques to compensate for rain attenuation and the Doppler shift in the satellite communication link. An adaptive transmission technique with a control algorithm to adaptively allocate transmission schemes is used as a countermeasure to rain attenuation. We introduce a new rain attenuation modeling technique for estimating system performance and propose a novel Doppler shift compensation algorithm with reduced hardware complexity. Extensive simulation results show that the proposed algorithm can provide greatly enhanced performance compared to conventional algorithms. Simulation software and hardware which incorporate the proposed techniques are also demonstrated.
Tin, Phu Tran;Nam, Pham Minh;Duy, Tran Trung;Voznak, Miroslav
IEIE Transactions on Smart Processing and Computing
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제6권3호
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pp.200-209
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2017
In this paper, we investigate the tradeoff between security and reliability for a multi-hop protocol in cluster-based underlay cognitive radio networks. In the proposed protocol, a secondary source communicates with a secondary destination via the multi-hop relay method in the presence of a secondary eavesdropper. To enhance system performance under the joint impact of interference constraint required by multiple primary users and hardware impairments, the best relay node is selected at each hop to relay the source data to the destination. Moreover, the destination is equipped with multiple antennas and employs a selection combining (SC) technique to combine the received data. We derive closed-form expressions of the intercept probability (IP) for the eavesdropping links and the outage probability (OP) for the data links over a Rayleigh fading channel. Finally, the correction of our derivations is verified by Monte-Carlo simulations.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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제17권4호
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pp.467-475
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2016
Ultrasonic propagation imaging (UPI) has shown great potential for detection of impairments in complex structures and can be used in wide range of non-destructive evaluation and structural health monitoring applications. The software implementation of such algorithms showed a tendency in time-consumption with increment in scan area because the processor shares its resources with a number of programs running at the same time. This issue was addressed by using field programmable gate arrays (FPGA) that is a dedicated processing solution and used for high speed signal processing algorithms. For this purpose, we need an independent and flexible block of logic which can be used with continuously evolvable hardware based on FPGA. In this paper, we developed an FPGA-based ultrasonic propagation imaging system, where FPGA functions for both data acquisition system and real-time ultrasonic signal processing. The developed UPI system using FPGA board provides better cost-effectiveness and resolution than digitizers, and much faster signal processing time than CPU which was tested using basic ultrasonic propagation algorithms such as ultrasonic wave propagation imaging and multi-directional adjacent wave subtraction. Finally, a comparison of results for processing time between a CPU-based UPI system and the novel FPGA-based system were presented to justify the objective of this research.
전력선을 통신선로로 이용시 전송신호는 전력선 채널특성인 주파수 선택적인 페이딩(fading)과 간섭 그리고 시변감쇠에 많은 영향을 받을 수 있다. 이러한 영향은 시변이며 임의의 주파수에서 일어나므로 예측하기 어렵다. 본 논문에서는 가정 혹은 소규모 사무실 내에서 비교적 저속 데이터를 안전하게 전송하는 전력선 모뎀을 구현하기 위해 대역확산 기법 중 실현이 비교적 용이하고 잡음 특성이 우수한 직접확산 방식을 적용하였다. 대역확산 기법을 적용할 경우 PN(pseudo noise)부호 발생회로와 복잡한 동기회로 등의 부가적인 하드웨어가 요구되지만, 본 논문에서는 이러한 하드웨어의 일부를 시스템 자체에 내장된 프로세서를 이용한 소프트웨어로 처리하였고, 복잡한 동기회로 대신 60 Hz의 전력신호를 이용한 간단한 동기 회로를 구성하였다. 구현된 동기회로는 대역확신 기법에 본질적인 동기획득 시간의 소요 문제를 제거할 수 있으며, 아울러 60 Hz의 전력신호 자체의 영교차 지터의 영향을 피하도록 설계되었다. 결과적으로 본 논문에서는 대역확산 기법을 적용하면서도 대역확산에 필요한 일부 하드웨어를 소프트웨어화함으로써 소형, 경량화를 이루며, 전력선 상에서 데이타를 안전하게 전송하는 전력선 모뎀을 구현하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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