KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.9
no.3
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pp.956-970
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2015
In this paper, we study the design of network coding for the generalized transmit scheme in multiple input multiple output Y channel, where K users wish to exchange specified and shared information with each other within two slots. Signal space alignment at each user and the relay is carefully constructed to ensure that the signals from the same user pair are grouped together. The cross-pair interference can be canceled during both multiple accessing channel phase and broadcasting channel phase. The proposed signal processing scheme achieves the degrees of freedom of ${\eta}(K)=K^2$ with fewer user antennas.
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).
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.42
no.2
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pp.338-344
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2017
In this paper, two-way amplify-and-forward relay methods are investigated where two terminals and one relay node are equipped with multiple antennas. In two-way relay channels, it is assumed that one terminal can eliminate its own self-interference but the other cannot. For this channel, we first maximize the sum-rate performance by employing an iterative gradient descent (GD) algorithm. Then, a simple singular value decomposition (SVD) based block triangularization is developed to null the self-interference. Simulation results show the proposed methods outperform the conventional schemes for various environments.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.16
no.6
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pp.2094-2114
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2022
Due to the wide application of fifth generation communication, wireless sensor networks have become an indispensable part in our daily life. In this paper, we analyze physical layer security for two-way relay with energy harvesting (EH), where power splitter is considered at relay. And two kinds of combined methods, i.e., selection combining (SC) and maximum ratio combining (MRC) schemes, are employed at eavesdropper. What's more, the closed-form expressions for security performance are derived. For comparison purposes, this security behaviors for orthogonal multiple access (OMA) networks are also investigated. To gain deeper insights, the end-to-end throughput and approximate derivations of secrecy outage probability (SOP) under the high signal-to-noise ratio (SNR) regime are studied. Practical Monte-Carlo simulative results verify the numerical analysis and indicate that: i) The secure performance of SC scheme is superior to MRC scheme because of being applied on eavesdropper; ii) The secure behaviors can be affected by various parameters like power allocation coefficients, transmission rate, etc; iii) In the low and medium SNR region, the security and channel capacity are higher for cooperative non-orthogonal multiple access (NOMA) systems in contrast with OMA systems; iv) The systematic throughput can be improved by changing the energy conversion efficiency and power splitting factor. The purpose of this study is to provide theoretical direction and design of secure communication.
Journal of information and communication convergence engineering
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v.8
no.6
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pp.655-659
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2010
In the conventional PNC scheme, the relay node requires simultaneous transmission of two source nodes with strict power control and carrier-phase matching between two received symbols. However, this pre-equalization process at source nodes is not practical in fading channels. In this letter, we propose a novel physical-layer network coding (PNC) scheme with log-likelihood ratio (LLR) conversion for fading channels, which utilizes not pre-equalizer at transmitters (source nodes) but joint detector at receiver (relay node). The proposed PNC requires only channel side information at the receiver (CSIR), which is far more practical assumption in fading channels. In addition, the proposed PNC scheme can use the conventional modulation scheme like M-QAM regardless of modulation order, while the conventional PNC scheme requires reconfiguration of modulation scheme at the source nodes for detection of the received signal at relay node. We consider the combination of the proposed PNC and channel coding, and find that the proposed PNC scheme is easily combined the linear channel codes such as turbo codes, LDPC, and convolutional codes.
Lim, Hyeonwoo;Jung, Bang Chul;Ban, Tae-Won;Sung, Kil-Young
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.19
no.12
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pp.2813-2819
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2015
In this paper, we investigate the physical layer network coding (PNC) technique in a two-way relay channel (TWRC) where two source nodes send and receive data with each other via a relay node. In particular, we consider the communication scenario where packet length from the two sources is different from each other. We analyze the bit error rate (BER) of the received packet at the relay node according to degree of overlapping between two packets. The BER of the short packet remains unchanged regardless of the degree of overlapping since the entire packet is overlapped with the longer packet, while the BER of the longer packet becomes improved as the degree of overlapping decreases. Thus, we need a novel transmission scheme to enhance BER performance of the PNC technique in TWRC environments since the overall BER performance of the PNC technique at the relay node depends on the worse BER between two ovelapping packets' BERs.
This paper investigates the performance of interference-limited two-way transmission protocols in the Rayleigh fading channels. New lower bound of outage probability and approximate expression of bit error rate (BER) for three-phase two-way relaying (3P-TWR) protocol are derived in closed-form. These expressions are valid for arbitrary signal-to-noise ratio values, numbers of co-channel interferers and amajority of modulation formats employed in the practical system. Then a comparative study is developed for the performance of three two-way transmission protocols, i.e., direct transmission (DT) protocol, two-phase two-way relaying (2P-TWR) protocol and 3P-TWR protocol based on the asymptotic expressions of outage probability and BER. On the basis of the theoretical results, the thresholds on the strength (variance) of direct channel and target rate for the relative performance of different protocols are obtained and the effect of interferences at the terminal and relay on the relative performance is analyzed. The results present key insights on how to choose proper two-way transmission protocol with the knowledge of fading channels, required date rate and modulation format to optimize the system performance in the practical interference-limited scenarios. Simulation results are presented to validate the theoretical analysis.
Proceedings of the Korean Society of Broadcast Engineers Conference
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2008.11a
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pp.31-34
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2008
양방향 중계 채널(two-way relay channel)은 2명의 사용자가 중계기(relay)의 도움을 받아 서로 정보를 주고받는 통신 채널이다. 중계기에서는 각각의 사용자로부터 독립적으로 수신한 두 데이터 패킷에 네트워크 코딩 기법을 적용하고, 이를 통해 만든 패킷을 두 사용자에게 동시에 전송한다. 따라서 양방향 중계 채널에서는 기존의 협력 통신에 비해 보다 효율적인 자원의 사용이 가능하다. 한편, 다중 중계기 환경에서의 중계기 선택 기반 전송 방식은 시스템의 전력 제한(power constraint), 전송 패킷의 동기화(synchronization) 문제 등을 고려할 때 다중 중계기 기반 전송 방식보다 우수한 성능을 얻을 수 있다. 본 논문에서는 양방향 다중 중계기 채널에서 중계기 선택 기법을 제안한다. 양방향 중계 채널에서는 수신한 두 신호의 결합을 위해 중계기에서 네트워크 코딩 기법을 적용함으로써 중계기의 부담이 보다 증가하는 특징이 있다. 또한, 중계기는 신호 전송 시 두 사용자 모두에게 전송하게 되고 이로 인해 두 수신지와의 채널 조건을 모두 고려하여야 한다. 따라서 중계기 선택은 데이터 패킷의 전송이 시작되기 전에 분산된 방식(distributed method)으로 이루어지며, 각각의 사용자와 중계기 간 일시적(instantaneous) 채널 이득을 바탕으로 사용자-사용자 간(end-to-end) 경로 조건의 최대값을 계산하는 메트릭(metric)을 중계기 선택 기준으로 사용한다. 모의실험을 통해 제안된 중계기 선택 기법이 중계기의 개수에 해당하는 다이버시티 이득을 얻을수 있음을 보여준다.
The Journal of the Institute of Internet, Broadcasting and Communication
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v.13
no.4
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pp.193-200
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2013
Recently, network coding has been actively studied to increase the spectral efficiency of two-way relay wireless channels such as cellular systems as well as broadcasting systems. In this paper, we derive the average transmission capacity and the outage probability of a network coding system, which utilizes two-way data transmission via the best relay rather than multiple relays. Since the data unbalance between the forward and the reverse link in two-way communication systems exists, we include the asymmetric link as well as the symmetric link in the analysis. It is noticed that the space diversity gain increases as the increase of the number of relays. Also we obtain 11.4 dB signal-to-noise ratio (SNR) gain with 9 relays compared to that with single relay in symmetrical link at the given conditions. In asymmetrical links, we denotes that the outage probability is more sensitive to the number of relays rather than data unbalance between the links.
Wang, Jinsoo;Kim, Sun Yong;Jeong, Min-A;Lee, Seong Ro;Kim, Yun Hee
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.39C
no.8
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pp.651-659
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2014
In this paper, we consider a two way relay network for ship-to-ship communications in a fleet, where two communicating ships exchange the information with the help of a multi-antenna relay ship. For the network, we propose a rate-aware three-phase analog network coding to improve the reliability of the information exchange with asymmetric rates. The proposed scheme allows low-complex implementation of the relay without channel estimation by generating an improved analog network coded signal with the orthogonally received signals from two ships by using only the received signal power at each antenna. In addition, the proposed scheme reduces outages in the data exchange at asymmetric rates by adopting a rate-aware relay power allocation, which is confirmed by evaluating the outage performance via simulation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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