KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.9
no.12
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pp.4819-4834
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2015
The spectral efficiency of cellular networks can be improved when proximate users engage in device-to-device (D2D) communications to communicate directly without going through a base station. However, D2D communications that are not properly designed may generate interference with existing cellular networks. In this paper, we study resource allocation and power control to minimize the probability of an outage and maximize the overall network throughput. We investigate three power control-based schemes: the Partial Co-channel based Overlap Resource Power Control (PC.OVER), Fractional Frequency Reuse based Overlap Resource Power Control (FFR.OVER) and Fractional Frequency Reuse based Adaptive Power Control (FFR.APC) and also compare their performance. In PC.OVER, a certain portion of the total bandwidth is dedicated to the D2D. The FFR.OVER and FFR.APC schemes combine the FFR techniques and the power control mechanism. In FFR, the entire frequency band is partitioned into two parts, including a central and edge sub-bands. Macrocell users (mUEs) transmit using uniform power in the inner and outer regions of the cell, and in all three schemes, the D2D receivers (D2DRs) transmit with low power when more than one D2DRs share a resource block (RB) with the macrocells. For PC.OVER and FFR.OVER, the power of the D2DRs is reduced to its minimum, and for the FFR.APC scheme, the transmission power of the D2DRs is iteratively adjusted to satisfy the signal to interference ratio (SIR) threshold. The three schemes exhibit a significant improvement in the overall system capacity as well as in the probability of a user outage when compared to a conventional scheme.
Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers
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v.53
no.9
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pp.18-25
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2016
In D2D communications underlaying a multicell network, it is of primary importance to ensure coexistence of cellular links and D2D links with minimal interference. Therefore, resource allocation scheme for D2D links should be designed to limit the interference between cellular links and D2D links. In this paper, we propose an effective resource allocation scheme for multiple D2D links which share the uplink spectrum resource with cellular users in a multicell network. Under the assumption that the locations of users are known to the base station, the proposed scheme allocates cellular resources to D2D links, such that the interference between a cellular link and multiple D2D links is minimized. In particular, we compute two constants from the path loss model and then use the constants to protect both cellular and D2D links. Simulation results are provided to verify the performance of the proposed scheme.
Tabrizi, Haleh;Farhadi, Golnaz;Cioffi, John Matthew;Aldabbagh, Ghadah
ETRI Journal
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v.38
no.2
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pp.314-325
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2016
This paper examines the resource gain that can be obtained from the creation of clusters of nodes in densely populated areas. A single node within each such cluster is designated as a "hotspot"; all other nodes then communicate with a destination node, such as a base station, through such hotspots. We propose a semi-distributed algorithm, referred to as coordinated cognitive tethering (CCT), which clusters all nodes and coordinates hotspots to tether over locally available white spaces. CCT performs the following these steps: (a) groups nodes based on a modified k-means clustering algorithm; (b) assigns white-space spectrum to each cluster based on a distributed graph-coloring approach to maximize spectrum reuse, and (c) allocates physical-layer resources to individual users based on local channel information. Unlike small cells (for example, femtocells and WiFi), this approach does not require any additions to existing infrastructure. In addition to providing parallel service to more users than conventional direct communication in cellular networks, simulation results show that CCT can increase the average battery life of devices by 30%, on average.
Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers
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v.54
no.7
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pp.3-11
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2017
UAV system has the limitation to allocate enough spectrum bandwidth for the operation of multiple UAVs due to the market expansion. In addition, the communication environment of UAV network varies dynamically due to the UAV's mobility. Thus, to operate the stable UAV system and maximize the transmission data rate, it needs to allocate the resource effectively in the limited bandwidth considering the given network environment. In this paper, we propose the resource allocation algorithm which can maximize the network throughput as well as satisfy the minimum data requirement for the UAV system operation in the given network environment based on TDMA(Time Division Multiple Access). By performance analysis, we show that the proposed algorithm can allocate the resource to satisfy the high network throughput as well as the minimum data requirement in the given network environment.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.37
no.5A
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pp.325-338
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2012
In this paper, a radio resource allocation scheme for a multi-hop relay transmission in cognitive radio (CR) system is proposed to support the employment of relay nodes in IEEE 802.22 standard for wireless regional area network (WRAN). An optimization problem is formulated to maximize the number of serving secondary users (SUs) under system constraints such as time-divided frame structure for multiplexing and a single resource-unit to every relay-hop. However, due to mathematical complexity, the optimization problem is solved with a sub-optimal manner instead, which takes three steps in the order of user selection, relay/path selection, and frequency selection. In the numerical analysis, this proposed solution is evaluated in terms of service rate denoting as the ratio of the number of serving SUs to the number of service-requesting SUs. Simulation results show the condition of adopting multi-hop relay and the optimum number of relaying hops by comparing with the performance of 1-hop system.
International Journal of Computer Science & Network Security
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v.21
no.1
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pp.152-161
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2021
The paper focuses on Device-to-device (D2D) Architectures evaluation frameworks. D2D communication and discovery can improve spectrum usage efficiency and optimize the tradeoffs between throughput and energy consumption. The target operation modes involve both indirect communication between two nodes via a base station or the direct communication among proximal nodes, enabling use cases that can support communications out of cellular coverage, as well as low end-end delay requirements. The paper will present the architectural evolution of D2D networks within 3GPP standardization and will highlight key network functionalities and signaling protocols. It will also identify key analytical and simulation models that can be used to assess the performance and energy efficiency of resource allocation strategies, and it will present a suitable cross-layer integrated framework.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.21
no.1
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pp.35-41
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2017
To solve the shortage of radio spectrum and utilize spectrum resource more efficiently, cognitive radio technologies are proposed, and many studies on cognitive radio have been conducted. Multi-hop routing is one of the important technologies to enable the nodes to transmit data further with lower power in ad-hoc cognitive radio networks. In a multi-channel cognitive radio networks, each channel should be allocated to minimize interference to primary users. In the multi-hop routing, channel allocation should consider the inter-channel interference to maximize network throughput. In this paper, we propose multi-channel scheduling scheme which minimizes inter-channel interferences and avoids collision with primary users for the multi-hop multi-channel cognitive radio networks. The proposed scheduling is designed to determine both of routing path and channel selection. The performance of proposed channel allocation scheme is evaluated by the computer simulation in the aspect of capacity and collision rate.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.34
no.5A
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pp.391-400
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2009
Recently, cellular communication networks are migrating from 2G to 3G. Spectrum utilization tends to be inefficient during the transition. Cognitive radio (CR) technology can be a key solution to increase spectrum efficiency by allowing secondary networks to utilize frequency resource of primary networks. However, conventional CR approaches which do not utilize the frequency reuse factor of primary networks may incur degradation of whole network performance. In this paper, we propose a mechanism that a secondary network senses pilot signals of a primary network and select optimum frequency bands. In order to maximize whole network performance, we formulate an optimization problem subject to interference constraints for a primary network and present algorithms. Simulation results compare the proposed method with the conventional method. Our proposed method shows performance gain over the conventional method if channel variation of a primary network is dynamic and the frequency reuse factor of a primary network is high.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.11
no.2
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pp.628-649
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2017
Security and resource-saving are both demands of the fifth generation (5G) wireless networks. In this paper, we study the secrecy spectrum efficiency (SSE) and secrecy energy efficiency (SEE) of a K-tier massive multiple-input multiple-output (MIMO) enabled heterogeneous cellular network (HetNet), in which artificial noise (AN) are employed for secrecy enhancement. Assuming (i) independent Poisson point process model for the locations of base stations (BSs) of each tier as well as that of eavesdroppers, (ii) zero-forcing precoding at the macrocell BSs (MBSs), and (iii) maximum average received power-based cell selection, the tractable lower bound expressions for SSE and SEE of massive MIMO enabled HetNets are derived. Then, the influences on secrecy oriented spectrum and energy efficiency performance caused by the power allocation for AN, transmit antenna number, number of users served by each MBS, and eavesdropper density are analyzed respectively. Moreover, the analysis accuracy is verified by Monte Carlo simulations.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.38A
no.4
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pp.371-380
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2013
D2D (Device-to-Device) communication on an underlying cellular infrastructure which exploits the same spectrum has several advantages such as increased resource utilization and improved cellular coverage. However, D2D communication system needs to cope with ICI (Inter-Cell Interference) and interference between cellular and D2D links. As a result, macro UEs (User Equipments), especially those located near cell edge, will suffer from serious link performance degradation. We propose a novel interference avoidance mechanism assisted by SRN (Shared Relay Node) in this paper. SRN not only performs data re-transmission as a usual Type II relay but also has several features newly defined to avoid interference between cellular and D2D links. In particular, we suggest resource allocation methods based on the SRN for effective interference avoidance, and evaluate their performance through computer simulations.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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