KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.8
no.12
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pp.4432-4450
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2014
It is widely observed that in practical wireless cooperative communication systems, different links may experience different fading characteristics. In this paper, we investigate into the outage probability and channel capacity of two-way amplify-and-forward (TWAF) relaying systems operating over a mixed asymmetric Rician and Rayleigh fading scenario, with different amplification policies (AP) adopted at the relay, respectively. As TWAF relay network carries concurrent traffics towards two opposite directions, both end-to-end and overall performance metrics were considered. In detail, both uniform exact expressions and simplified asymptotic expressions for the end-to-end outage probability (OP) were presented, based on which the system overall OP was studied under the condition of the two source nodes having non-identical traffic requirements. Furthermore, exact expressions for tight lower bounds as well as high SNR approximations of channel capacity of the considered scenario were presented. For both OP and channel capacity, with different APs, effective power allocation (PA) schemes under different constraints were given to optimize the system performance. Extensive simulations were carried out to verify the analytical results and to demonstrate the impact of channel asymmetry on the system performance.
Proceedings of the Korean Institute of Information and Commucation Sciences Conference
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2019.05a
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pp.288-289
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2019
This paper studies the secrecy capacity for a wireless cooperative network with perfect channel state information at the relays, and receiver. A similar assumption is also made for the instance where there exist a direct link between the transmitter and receiver. Physical Layer security techniques are employed in wireless networks to mitigate against the activity of eavesdroppers. It offers a viable alternative to computationally intensive encryption. In this paper the design of a protocol utilizing jamming (via jamming nodes) for better security and relaying (via relay nodes) for the amplify-and-forward (AF) operation, is investigated. A a signal-to-noise variant of secrecy known as secrecy gap is explored because of its use of lesser computational power - preferable for practical systems. Thus we maximize this signal-to-noise approach instead of the conventional secrecy capacity maximization method. With this, an iterative algorithm using geometric programming (GP) and semi-definite programming (SDP) is presented with appreciable benefits. The results show here highlight the benefits of using fractional components of the powers of the relays to offer better secrecy capacity.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.9
no.12
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pp.4967-4986
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2015
Multi-hop relaying communications have great potentials in improving transmission performance by deploying relay nodes. The benefit is critically dependent on the accuracy of the channel state information (CSI) of all the transmitting links. However, the CSI has to be estimated. In this paper, we investigate the channel estimation problem in one-way multi-hop MIMO amplify-and-forward (AF) relay system, where both the two-hop and three-hop communication link exist. Traditional point-to-point MIMO channel estimation methods will result in error propagation in estimating relay links, and separately tackling the channel estimation issue of each link will lose the gain as part of channel matrices involved in multiple communication links. In order to exploit all the available gains, we develop a novel channel estimation model by structuring different communication links using the PARAFAC and PARATUCK2 tensor analysis. Furthermore, a two-stage fitting algorithm is derived to estimate all the channel matrices involved in the communication process. In particular, essential uniqueness is further discussed. Simulation results demonstrate the advantage and effectiveness of the proposed channel estimator.
Francisco R. Castillo-Soria;Carlos Gutierrez;Fermin M. Maciel-Barboza;Viktor I. Rodriguez Abdala;Jayanta Datta
ETRI Journal
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v.46
no.2
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pp.184-193
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2024
This paper presents the performance evaluation of an amplify-and-forward (AF) relay-assisted multiuser multiple input-multiple output (MU-MIMO) downlink transmission system for correlated fading channels. The overall system performance was improved by incorporating a double-quadrature spatial modulation (DQSM) scheme. The bit error rate (BER) performance and detection complexity of the AF-MU-MIMO-DQSM system were analyzed and compared with those of a conventional AF-MU-MIMO system under the same conditions and parameters. The results showed that the correlated fading channel severely affected the performance of systems with higher spectral efficiency (SE). Considering an SE of 12 bpcu/user, the AF-MU-MIMO-DQSM system yielded a gain of up to 3 dB in BER performance compared with that of its conventional counterpart for the analyzed cases. In terms of detection complexity, the AF-MU-MIMO-DQSM system showed a reduction of up to 56 % compared with that of the conventional system for the optimal maximum likelihood detection criterion.
Energy harvesting technique is an energy charging technique for communication device in energy-constrained environment. Recently, energy harvesting technique that harvests energy from wireless radio frequency signal is proposed. Representatively, there are time switching technique and power splitting technique. This paper proposes an optimal harvesting time allocation scheme in a wireless cognitive relay network when secondary user relay uses energy harvesting technique to transmit information. Secondary user relay receives information and energy simultaneously from the secondary user source's signal via time switching technique. We aim to maximize the instantaneous throughput by optimizing harvesting time of the secondary user relay. Simulation results show that using optimized harvesting time gets larger instantaneous throughput compared to using constant harvesting time.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.8
no.7
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pp.2350-2364
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2014
This paper addresses the problem of resource allocation in amplify-and-forward (AF) relayed OFDM based cognitive radio networks (CRNs). The purpose of resource allocation is to maximize the overall throughput, while satisfying the constraints on the individual power and the interference induced to the primary users (PUs). Additionally, different from the conventional resource allocation problem, the rate-guarantee constraints of the subcarriers are considered. We formulate the problem as a mixed integer programming task and adopt the dual decomposition technique to obtain an asymptotically optimal power allocation, subcarrier pairing and relay selection. Moreover, we further design a suboptimal algorithm that sacrifices little on performance but could significantly reduce computational complexity. Numerical simulation results confirm the optimality of the proposed algorithms and demonstrate the impact of the different constraints.
Rahaman, Abu Sayed Md. Mostafizur;Islam, Md. Imdadul;Amin, M.R.
Journal of Information Processing Systems
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v.11
no.1
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pp.57-75
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2015
In evaluating the performance of a dual-hop wireless link, the effects of large and small scale fading has to be considered. To overcome this fading effect, several schemes, such as multiple-input multiple-output (MIMO) with orthogonal space time block codes (OSTBC), different combining schemes at the relay and receiving end, and orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) are used in both the transmitting and the relay links. In this paper, we first make compare the performance of a two-hop wireless link under a different combination of space diversity in the first and second hop of the amplify-and-forward (AF) case. Our second task in this paper is to incorporate the weak signal of a direct link and then by applying the channel model of two random variables (one for a direct link and another for a relayed link) we get very impressive result at a low signal-to-noise ratio (SNR) that is comparable with other models at a higher SNR. Our third task is to bring other three schemes under a two-hop wireless link: use of transmit antenna selection (TAS) on both link with weak direct link, distributed Alamouti scheme in two-hop link and single relay antenna with OFDM subcarrier. Finally, all of the schemes mentioned above are compared to select the best possible model. The main finding of the paper is as follows: the use of MIMO on both hops but application TAS on both links with weak direct link and the full rate OFDM with the sub-carrier for an individual link provide a better result as compared to other models.
Chen, Xueyan;Guo, Li;Dong, Chao;Lin, Jiaru;Li, Xingwang;Cavalcante, Charles Casimiro
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.12
no.1
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pp.21-40
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2018
In this paper, we propose the distributed robust beamforming design scheme in cognitive two-way amplify-and-forward (AF) relay networks with imperfect channel state information (CSI). Assuming the CSI errors follow a complex Gaussian distribution, the objective of this paper is to design the robust beamformer which minimizes the total transmit power of the collaborative relays. This design will guarantee the outage probability of signal-to-interference-plus-noise ratio (SINR) beyond a target level at each secondary user (SU), and satisfies the outage probability of interference generated on the primary user (PU) above the predetermined maximum tolerable interference power. Due to the multiple CSI uncertainties in the two-way transmission, the probabilistic constrained optimization problem is intractable and difficult to obtain a closed-form solution. To deal with this, we reformulate the problem to the standard form through a series of matrix transformations. We then accomplish the problem by using the probabilistic approach based on two sorts of Bernstein-type inequalities and the worst-case approach based on S-Procedure. The simulation results indicate that the robust beamforming designs based on the probabilistic method and the worst-case method are both robust to the CSI errors. Meanwhile, the probabilistic method can provide higher feasibility rate and consumes less power.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.34
no.1A
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pp.12-17
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2009
We consider an OFDM based multiple AF relaying systems. Since the channel between first hop (source station-relay station) and second hop (relay station -destination station) varies independently, the subcarrier in the first hop can be paired to another subcarrier in the second hop for the increase of the system capacity. The conventional pairing which uses the brute force searching requires large complexity while giving optimal pairing for maximum system capacity. In this paper, we present sub-optimal subcarrier pairing scheme with low complexity. Every RS firstly pairs the subcarrier with the highest channel gain in the first hop to the subcarrier with highest channel gain in the second hop. The pair with the highest SNR among all the pairs is determined as final selected pair and the corresponding subcarriers are not selected at other RSs in the next paring iteration. This process is repeated until all the subcarriers are paired. Simulation results show the proposed pairing scheme achieves near optimal performance with low complexity.
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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v.12
no.9
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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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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