In this paper, a semi-analytical approach is proposed for decode-and-forward(DF) relay systems over rayleigh fading channels. At first, we derive the general form of the averaged bit error rate(BER) based on error-events at relay nodes in which a selection scheme is not used. It is confirmed that an erroneous detection and transmission at relay nodes can cause the degradation of the received signal-to-noise ratio (SNR) and the averaged BER performance. Furthermore, the proposed method can be extended to selective-DF(SDF) relay schemes so that it is verified to be another general solution for DF relay systems. Also, proposed semi-analytical expressions have been verified by comparing with simulations.
Multi-hop relay networks have been widely considered as a promising solution to extend the coverage area and to reduce the deployment cost by deploying the relay stations (RSs) in mobile communication systems. Suitable deployment for the RSs is one of the most important features of the demand nodes (DNs) to obtain a high data transmission rate in such systems. Considering a tradeoff among the network throughput, the deployment budget, and the overall coverage of the systems, efficient RS deployment schemes and corresponding algorithms must be developed and designed. A novel cluster-based RS deployment scheme is proposed in this paper to select the appropriate deployment locations for the relay stations from the candidate positions. To make an ideal cluster distribution, the distances between the DNs are calculated when deploying the RSs. We take into account the traffic demands and adopt a uniform cluster concept to reduce the data transmission distances of the DNs. On the basis of the different candidate positions, the proposed scheme makes an adaptive decision for selecting the deployment sites of the RSs. A better network throughput and coverage ratio can be obtained by balancing the network load among the clusters. Simulation results show that the proposed scheme outperforms the previously known schemes in terms of the network throughput and the coverage ratio. Additionally, a suitable deployment budget can be implemented in multi-hop relay networks.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.10
no.3
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pp.1111-1130
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2016
Cooperative communications can significantly improve the wireless transmission performance with the help of relay nodes. In cooperative communication networks, relay selection and power allocation are two key issues. In this paper, we propose a relay selection and power allocation scheme RS-PA-PSACO (Relay Selection-Power Allocation-Particle Swarm Ant Colony Optimization) based on PSACO (Particle Swarm Ant Colony Optimization) algorithm. This scheme can effectively reduce the computational complexity and select the optimal relay nodes. As one of the swarm intelligence algorithms, PSACO which combined both PSO (Particle Swarm Optimization) and ACO (Ant Colony Optimization) algorithms is effective to solve non-linear optimization problems through a fast global search at a low cost. The proposed RS-PA-PSACO algorithm can simultaneously obtain the optimal solutions of relay selection and power allocation to minimize the SER (Symbol Error Rate) with a fixed total power constraint both in AF (Amplify and Forward) and DF (Decode and Forward) modes. Simulation results show that the proposed scheme improves the system performance significantly both in reliability and power efficiency at a low complexity.
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea TC
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v.49
no.4
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pp.1-8
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2012
This paper presents a method for obtaining an exact average symbol error rate (ASER) of M-ary Phase Shift Keying (MPSK) for opportunistic amplify-and-forward (OAF) relay systems over Rayleigh fading channels. This is based on the relay selection probability when a relay is selected as the best one with respect to the received signal-to-noise ratio. We then derive the modified moment generating function (MGF) for OAF relay systems by taking the given relay selection probability into consideration. Based on the modified MGF, we derive the exact ASER which accurately explicates OAF relay system characteristics. Our results confirm that the derived ASER provides a tight upper bound for OAF relay systems.
Zheng, Taiying;Cha, Seung-Tae;Kim, Yeon-Hee;Crossley, Peter A.;Lee, Sang Ho;Kang, Yong Cheol
Journal of Electrical Engineering and Technology
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v.8
no.5
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pp.1029-1039
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2013
To avoid undesirable disconnection of healthy wind generators (WGs) or a wind power plant, a WG protection relay should discriminate among faults, so that it can operate instantaneously for WG, connected feeder or connection bus faults, it can operate after a delay for inter-tie or grid faults, and it can avoid operating for parallel WG or adjacent feeder faults. A WG protection relay based on the positive- and negative-sequence fault components is proposed in the paper. At stage 1, the proposed relay uses the magnitude of the positive-sequence component in the fault current to distinguish faults requiring non-operation response from those requiring instantaneous or delayed operation responses. At stage 2, the fault type is first determined using the relationships between the positive- and negative-sequence fault components. Then, the relay differentiates between instantaneous operation and delayed operation based on the magnitude of the positive-sequence fault component. Various fault scenarios involving changes in position and type of fault and faulted phases are used to verify the performance of the relay. This paper concludes by implementing the relay on a hardware platform based on a digital signal processor. Results indicate that the relay can successfully distinguish the need for instantaneous, delayed, or non-operation.
The Journal of The Korea Institute of Intelligent Transport Systems
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v.11
no.3
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pp.40-47
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2012
In dual-hop relaying systems, the conventional partial relay selection is based on the channel information only for the first hop. On the other hand, the efficient partial relay selection is based on the channel information for the hop with the minimum of the average channel powers for the first and second hops at each end-to-end link since the correlation coefficient between the end-to-end link quality and the link quality of the hop with the minimum of the average channel powers for the first and second hops is larger than that between the end-to-end link quality and the link quality of the other hop. In this paper, the outage probability of the conventional partial relay selection and the efficient partial relay selection in dual-hop decode-and-forward relaying systems is analyzed for non-identically distributed Rayleigh fading channels. Through numerical investigation, the outage performance of the efficient partial relay selection is compared with the outage performances of the conventional partial relay selection and the best relay selection based on all the channel information for the first and second hops.
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.
The cellular system in the next generation decreases the range of transmission of a signal as well as increases the rate of transmission adapting the method of multi-hop relaying with the relay. However, the fact of decreasing the range of transmission with the method of multi-hop relaying means increasing interferential amount in the outer cell; therefore, the deployment of the relay can affect to the function of the cellular system. In this thesis, the deployment of the relay is determined for the maximum rate of transmission, based on the transmission power of the relay and the variation of interferential amount. The condition to determine the deployment of the relay is analyzed with the mathematical model; in addition, its performance is verified through the result of a simulation. Based on the analysis of this thesis, the established deployment and transmission power of the relay to minimize the average outage probability exist. Furthermore, the relay contributes to enlargement of capacity of cells, decreasing the average outage probability in the situation of less severe interference between cells with reuse of frequency. However, the relay should be restrained in use in the situation of severe interference between cells due to the fact that the outage probability of inter-cells can be increased.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.9
no.8
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pp.2894-2909
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2015
As the number of mobile devices such as smart phones and tablets explodes, the need for new services or applications is also rapidly increasing. Smart class application is one of the emerging applications, in which most of contents are distributed to all members of a class simultaneously. It is highly required to select relay nodes to cover shadow area of radio as well as extend coverage, but existing algorithms in a smart class environment suffer from high control packet overhead and delay for exchanging topology information among all pairs of nodes to select relay nodes. In addition, the relay selection procedure should be repeated in order to adapt to the dynamic topology changes caused by link status changes or device's movement. This paper proposes the learning based relay selection algorithm to overcome aforementioned problems. The key idea is that every node keeps track of its relay quality in a fully distributed manner, where RQI (Relay Quality Indicator) is newly defined to measure both the ability of receiving packets from content source and the ability of successfully relaying them to successors. The RQI of each node is updated whenever it receives or relays broadcast packet, and the node having the higher RQI is selected as a relay node in a distributed and run-time manner. Thus, the proposed algorithm not only removes the overhead for obtaining prior knowledge to select relay nodes, but also provides the adaptability to the dynamic topology changes. The network simulation and experimental results prove that the proposed algorithm provides efficient and reliable content distribution to all members in a smart class as well adaptability against network dynamics.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.5
no.9
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pp.1513-1527
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2011
This paper investigates the capacity rate problems for a joint decode-and-forward (JDF) based two-way relaying with network coding. We first characterize the achievable rate region for a conventional three-node network scenario along with the calculation of the corresponding maximal sum-rate. Then, for the goal of maximizing the system sum-rate, opportunistic relay selection is examined for multi-relay networks. As a result, a novel strategy for the implementation of relay selection is proposed, which depends on the instantaneous channel state and allows a single best relay to help the two-way information exchange. The JDF scheme and the scheme using relay selection are analyzed in terms of outage probability, after which the corresponding exact expressions are developed over Rayleigh fading channels. For the purpose of comparison, outage probabilities of the amplify-and-forward (AF) scheme and those of the scheme using relay selection are also derived. Finally, simulation experiments are done and performance comparisons are conducted. The results verify that the proposed strategy is an appropriate method for the implementation of relay selection and can achieve significant performance gains in terms of outage probability regardless of the symmetry or asymmetry of the channels. Compared with the AF scheme and the scheme using relay selection, the conventional JDF scheme and that using relay selection perform well at low signal-to-noise ratios (SNRs).
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[게시일 2004년 10월 1일]
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