KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.13
no.12
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pp.5862-5887
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2019
In this paper, we propose a two-way relaying scheme using non-orthogonal multiple access (NOMA) technology. In this scheme, two sources transmit packets with each other under the assistance of the decode-and-forward (DF) relays, called as a TWDFNOMA protocol. The cooperative relays exploit successive interference cancellation (SIC) technique to decode sequentially the data packets from received summation signals, and then use the digital network coding (DNC) technique to encrypt received data from two sources. A max-min criterion of end-to-end signal-to-interference-plus-noise ratios (SINRs) is used to select a best relay in the proposed TWDFNOMA protocol. Outage probabilities are analyzed to achieve exact closed-form expressions and then, the system performance of the proposed TWDFNOMA protocol is evaluated by these probabilities. Simulation and analysis results discover that the system performance of the proposed TWDFNOMA protocol is improved when compared with a conventional three-timeslot two-way relaying scheme using DNC (denoted as a TWDNC protocol), a four-timeslot two-way relaying scheme without using DNC (denoted as a TWNDNC protocol) and a two-timeslot two-way relaying scheme with amplify-and-forward operations (denoted as a TWANC protocol). Particularly, the proposed TWDFNOMA protocol achieves best performances at two optimal locations of the best relay whereas the midpoint one is the optimal location of the TWDNC and TWNDNC protocols. Finally, the probability analyses are justified by executing Monte Carlo simulations.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.6
no.11
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pp.3008-3025
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2012
In this paper, the downlink resource allocation of OFDMA system with decode-and-forward (DF) relaying is investigated. A non-convex optimization problem maximizing system throughput with users' satisfaction constraints is formulated with joint relay selection, subcarrier assignment and power allocation. We first transform it to a standard convex problem and then solve it by dual decomposition. In particular, an Optimal resource allocation scheme With Time-sharing (OWT) is proposed with combination of relay selection, subcarrier allocation and power control. Due to its poor adaption to the fast-varying environment, an improved version with subcarrier Monopolization (OWM) is put forward, whose performance promotes about 20% compared with that of OWT in the fast-varying vehicular environment. In fact, OWM is the special case of OWT with binary time-sharing factor and OWT can be seen as the tight upper bound of the OWM. To the best of our knowledge, such algorithms and their relation have not been accurately investigated in cooperative OFDMA networks in the literature. Simulation results show that both the system throughput and the users' satisfaction of the proposed algorithms outperform the traditional ones.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.16
no.4
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pp.1373-1391
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2022
We investigate mobile multiple-input multiple-output (MIMO) molecular communication via diffusion (MCvD) system which is consisted of two source nodes, two destination nodes and one relay node in the mobile three-dimensional channel. First, the combinations of decode-and-forward (DF) relaying protocol and network coding (NC) scheme are implemented at relay node. The adaptive thresholds at relay node and destination nodes can be obtained by maximum a posteriori (MAP) probability detection method. Then the mathematical expressions of the average bit error probability (BEP) of this mobile MIMO MCvD system based on DF and NC scheme are derived. Furthermore, in order to minimize the average BEP, we establish the optimization problem with optimization variables which include the ratio of the number of emitted molecules at two source nodes and the initial position of relay node. We put forward an iterative scheme based on block coordinate descent algorithm which can be used to solve the optimization problem and get optimal values of the optimization variables simultaneously. Finally, the numerical results reveal that the proposed iterative method has good convergence behavior. The average BEP performance of this system can be improved by performing the joint optimizations.
Multihop transmission is a promising technique that helps in achieving broader coverage (excellent network connectivity) and preventing the impairment of wireless channels. This paper proposes a cluster-based multihop wireless network that makes use of the advantages of multihop relaying, i.e., path loss gain, and partial relay selection in each hop, i.e., spatial diversity. In this partial relay selection, the node with the maximum instantaneous channel gain will serve as the sender for the next hop. With the proposed protocol, the transmit power and spectral efficiency can be improved over those in the case of direct transmission and conventional multihop transmission. Moreover, at a high signal-to-noise ratio (SNR), the performance of the system with at least two nodes in each cluster is dependent only on the last hop and not on any of the intermediate hops. For a practically feasible decode-and-forward relay strategy, a compact expression for the probability density function of the end-to-end SNR at the destination is derived. This expression is then used to derive closed-form expressions for the outage probability, average symbol error rate, and average bit error rate for M-ary square quadrature amplitude modulation as well as to determine the spectral efficiency of the system. In addition, the probability of SNR gain over direct transmission is investigated for different environments. The mathematical analysis is verified by various simulation results for demonstrating the accuracy of the theoretical approach.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.34
no.7A
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pp.530-539
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2009
Wireless Relaying is a promising solutions to overcome the channel impairments and provides high data rate coverage that appear for beyond 3G mobile communications. In this paper we present end to end BER performance of dual hop wireless communication systems equipped with multiple Decode and Forward relays over Rayleigh fading channel with the best relay selection. We compare the BER performance of the best relay with the BER performance of single relay. We select the best relay based on the end to end channel conditions. We further calculate the outage probability of the best relay. It is shown that the outage probability of the best relay is equivalent to the outage probability when all relays take part in the transmission. We apply Orthogonal Space Time Block coding(OSTBC) at the source terminal. Numerical and simulation results are presented to verify our analysis.
Seo, Jongpil;Han, Chulhee;Park, Seongho;Chung, Jaehak
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.39A
no.10
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pp.593-600
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2014
OFDMA systems solves frequency selective fading problem and provides improved performance by optimal allocation of subcarriers and transmit power. Two-way relay systems provide improved spectral efficiency compared to that of the conventional half-duplex relay using bidirectional communications. In legacy OFDMA system such as WiBro, two-way DF relay utilization causes pilot re-assignment and impossibility of channel estimation and decoding at relay nodes by self-interference. In this paper, resource allocation schemes for legacy OFDMA systems with two-way DF relay are proposed. The proposed schemes allocate subcarriers considering destinations nodes which are connected to relay nodes as individual nodes which are directly connected to a base station. Subsequently, the proposed schemes compensate bandwidth loss due to orthogonal allocations by overlapped allocating unused subcarriers at other noes. Numerical simulations show that the proposed resource allocation schemes provide improved performance compared with orthogonal allocation.
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.
Bongseop Song;Sangpill Lee;Choong-Hee Lee;Inho Lee;In-Joong Nam
Journal of Korea Society of Industrial Information Systems
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v.29
no.5
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pp.1-9
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2024
With the emergence of various next-generation wireless networks, the traditional store and forward(SF) method at network nodes has faced limitations in efficiently utilizing network capacity. To overcome these limitations, various network coding techniques based on the decode and forward(DF) method have been proposed. However, these techniques have primarily focused on traffic environments with asymmetric packet lengths between relay nodes, limiting their applicability when different modulation and coding schemes(MCS) are applied to relay nodes. This paper proposes a relay network coding scheme that supports high frequency efficiency while simultaneously enabling bidirectional relaying using DF, considering asymmetric MCS traffic that reflects different transmission data and wireless channel conditions between individual nodes for efficient utilization of wireless network capacity. Additionally, this paper demonstrates the possibility of cooperative communication at the relay and examines the effect of increased communication distance. Subsequently, computer simulations are conducted to verify the performance gains of the proposed technique in terms of network coding for each source node with asymmetric information lengths. This proposed technique shows additional bit error rate(BER) performance gains by adopting an incremental redundancy(IR) scheme that follows network coding, even in mobile node environments where direct link transmission between source nodes is possible.
In this paper, a new distributed space-time coded (DS-TCed) non-orthogonal decode-and-forward (NDF) protocol with source antenna switching (SAS) is proposed, where two antennas associated with each radio frequency chain can be alternatively used in the first and second phases. Several DSTC schemes for the NDF with SAS (NDF-SAS) protocol are proposed and their average pairwise error probability for the error-free source-relay (SR) channel is also derived. The simulation results show that the NDF-SAS protocol achieves larger diversity order than the NDF protocol under the error-free and erroneous SR channels.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.32
no.12A
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pp.1244-1250
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2007
User cooperation provides high reliability in wireless communication systems by employing relay nodes to transmit the same information. In this paper, a bit error rate (BER) study is presented for decode-and-forward (DF) relaying for user cooperation in independent and identically distributed Rayleigh fading channels. For an arbitrary number of relays, exact and closed-form expressions of the BER are proposed for M-ary PAM (Pulse Amplitude Modulation), QAM (Quadrature Amplitude Modulation) and PSK (Phase Shift Keying), respectively. It is also shown that the analytic results are perfectly matched with the simulated ones.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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