Cooperative relay communication for wireless networks has been extensively studied due to its ability to mitigate fading effectively via spatial diversity. In this paper, we propose a balanced transmit scheme in cooperative relay communication with decode-and-forward DF) scheme. The proposed scheme selects the feedback bits to obtain the maximum cooperative diversity gain. The simulation results show that the proposed scheme improves the bit error rate BER) performance as compare with a conventional scheme.
We propose a link adaptation and selection method for the links constituting an orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) based wireless relay network. The proposed link adaptation and selection method selects the forwarding, modulation, and channel coding schemes providing the highest end-to-end throughput and decides whether to use the relay or not. The link adaptation and selection is done for each sub-channel based on instantaneous signal to interference plus noise ratio (SINR) conditions in the source-to-destination, source-to-relay and relay-to-destination links. The considered forwarding schemes are amplify and forward (AF) and simple adaptive decode and forward (DF). Efficient adaptive modulation and coding decision rules are provided for various relaying schemes. The proposed end-to-end link adaptation and selection method ensures that the end-to-end throughput is always larger than or equal to that of transmissions without relay and non-adaptive relayed transmissions. Our evaluations show that over the region where relaying improves the end-to-end throughput, the DF scheme provides significant throughput gain over the AF scheme provided that the error propagation is avoided via error detection techniques. We provide a frame structure to enable the proposed link adaptation and selection method for orthogonal frequency division multiple access (OFDMA)-time division duplex relay networks based on the IEEE 802.16e standard.
In this paper, we study the role of cooperative relays to provide and improve secure communication rates through decodeand-forward (DF) strategies in a full-duplex multiple relay network with an eavesdropper. We consider the DF scheme as a basis for cooperation and propose several strategies that implement different versions of this scheme suited for cooperation with multiple relays. Our goal is to give an efficient cooperation paradigm based on the DF scheme to provide and improve secrecy in a multiple relay network. We first study the DF strategy for secrecy in a single relay network. We propose a suboptimal DF with zero forcing (DF/ZF) strategy for which we obtain the optimal power control policy. Next, we consider the multiple relay problem. We propose three different strategies based on DF/ZF and obtain their achievable secrecy rates. The first strategy is a single hop strategy whereas the other two strategies are multiple hop strategies. In the first strategy, we show that it is possible to eliminate all the relays' signals from the eavesdropper's observation (full ZF), however, the achievable secrecy rate is limited by the worst source-relay channel. Our second strategy overcomes the drawback of the first strategy, however, with the disadvantage of enabling partial ZF only. Our third strategy provides a reasonable compromise between the first two strategies. That is, in this strategy, full ZF is possible and the rate achieved does not suffer from the drawback of the first strategy. We conclude our study by a set of numerical results to illustrate the performance of each of the proposed strategies in terms of the achievable rates in different practical scenarios.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.33
no.4A
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pp.361-370
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2008
Cooperative relaying permits one or more relay to transmit a signal from the source to the destination, thereby increasing network coverage and spectral efficiency. The performance of cooperative relaying is often measured as outage probability. However, appropriate measure for the channel quality is outage capacity. Although the outage probability for cooperative relaying protocol has been analyzed before, very little research has been addressed for the outage capacity. This paper is the first of its kind to derive a closed-form analytical solution of outage capacity using fixed decode and forward relaying and amplify and forward relaying in dissimilar Rayleigh fading channels, considering channel coefficients known to the receiver side. The analytical results show a tradeoff between the SNR and the number of relays for specific outage capacity. A comparison between decode and forward relaying and amplify and forward relaying shows that decode and forward relaying outperforms amplify and forward relaying for a large number of relays.
We consider multiple-input multiple-output decode-and-forward relay systems in Rayleigh fading channels under the partial channel state information (CSI) that the channel statistics of the source-relay (SR) link and the instantaneous CSI of the source-destination and relay-destination links are known at the destination. In this paper, we propose a new near maximum likelihood (near-ML) decoder with two-level pairwise error probability (near-ML-2PEP) which uses the average PEP instead of the exact PEP. Then, we theoretically prove that the near-ML and near-ML-2PEP decoders achieve the maximum diversity, which is confirmed by Monte Carlo simulations. Moreover, we show that the near-ML-2PEP decoder can also achieve the maximum diversity by substituting the average PEP with the values that represent the error performance of the SR link.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.34
no.7A
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pp.523-529
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2009
This paper provides closed form expressions for the evaluation of the end-to-end outage probability, symbol error rate, bit error rate and average capacity of the partial-based Decode-and-Forward (DF) relay selection scheme with an arbitrary number of relays. In a comparison with the performance of systems that exploit Amplify-and-Forward (AF), it can be seen that the performance of our proposed protocol converges to that of partial-based AF relay selection in high SNR regime. We also perform Monte-Carlo simulations to validate the analysis.
Cooperative hybrid-automatic repeat request (HARQ) protocols, which can exploit the spatial and temporal diversities, have been widely studied. The efficiency of cooperative HARQ protocols is higher than that of cooperative protocols because retransmissions are only performed when necessary. We classify cooperative HARQ protocols as three decode-and-forward-based HARQ (DF-HARQ) protocols and two amplified-and-forward-based HARQ (AF-HARQ) protocols. To compare these protocols and obtain the optimum parameters, two unified frameworks are developed for protocol analysis. Using the frameworks, we can evaluate and compare the maximum throughput and outage probabilities according to the SNR, the relay location, and the delay constraint. From the analysis we can see that the maximum achievable throughput of the DF-HARQ protocols can be much greater than that of the AF-HARQ protocols due to the incremental redundancy transmission at the relay.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.35
no.1B
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pp.136-143
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2010
In this paper, we investigate decode-and-forward (DF) relaying systems with a direct link between the source and the destination node. The objective of this paper is to determine the better relaying strategy between 3-hop DF relaying and dual-hop DF relaying with the best relay selection. Assuming Rayleigh fading channels, we present closed-form outage probability of the 3-hop relaying and the dual-hop relaying, respectively, and compare the performances by numerical investigation. Numerical results show that if the channel is poor, the outage performance of the 3-hop relaying is better than the dual-hop relaying.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.15
no.1
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pp.365-382
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2021
This paper proposes a novel two-way relaying (TWR) approach for a two-relay wireless network based on non-orthogonal multiple access (NOMA), where two terminals exchange messages with a cellular base station (BS) via two intermediate relay stations (RSs). We propose a NOMA-based TWR approach with two relaying schemes, i.e., amplify-and-forward (AF) and decode-and-forward (DF), referred to as NOMA-AF and NOMA-DF. The sum-rate performance of our proposed NOMA-AF and NOMA-DF is analyzed. A closed-form sum-rate upper bound for the NOMA-AF is obtained, and the exact ergodic sum-rate of NOMA-DF is also derived. The asymptotic sum-rate of NOMA-AF and NOMA-DF is also analyzed. Simulation results show that the proposed scheme outperforms conventional orthogonal multiple access based transmission schemes. It is also shown that increasing the transmit power budget of the relays only cannot always improve the sum-rates.
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea TC
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v.49
no.6
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pp.15-26
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2012
In this paper, we perform interference cancellation in multiuser MIMO (Multiple Input Multiple Output) relay network with improved Amplify-and-Forward (AF) and Decode-and-Forward (DF) relay protocols. The work of interference cancellation is followed by evolved NodeB (eNB), Relay Node (RN) and User Equipment (UE) to improve the error performance of whole transmission system with the explicit use of relay node. In order to perform interference cancellation, we use Dirty Paper Coding (DPC) and Thomilson Harashima Precoding (THP) allied with detection techniques Zero Forcing (ZF), Minimum Mean Square Error (MMSE), Successive Interference Cancellation (SIC) and Ordered Successive Interference Cancellation (OSIC). These basic techniques are studied and improved in the proposal by using the functions of relay node. The performance is improved by Decode-and-Forward which enhance the cancellation of interference in two layers at the cooperative relay node. The interference cancellation using weighted vectors is performed between eNB and RN. In the final results of the research, we conclude that in contrast with the conventional algorithms, the proposed algorithm shows better performance in lower SNR regime. The simulation results show the considerable improvement in the bit error performance by the proposed scheme in the LTE-Advanced system.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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