Zhang, Huan;Lei, Hongjiang;Ansari, Imran Shafique;Pan, Gaofeng;Qaraqe, Khalid A.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.11
no.5
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pp.2416-2432
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2017
In this paper, we investigate the security performance for cooperative networks over Nakagami-m fading channels. Based on whether the channel state information (CSI) of wiretap link is available or not, optimal relay selection (ORS) and suboptimal relay selection (SRS) schemes are considered. Also, multiple relays combining (MRC) scheme is considered for comparison purpose. The exact and asymptotic closed-form expressions for secrecy outage probability (SOP) are derived and simulations are presented to validate the accuracy of our proposed analytical results. The numerical results illustrate that the ORS is the best scheme and SRS scheme is better than MRC scheme in some special scenarios such as when the destination is far away from the relays. Furthermore, through asymptotic analysis, we obtain the closed-form expressions for the secrecy diversity order and secrecy array gain for the three different selection schemes. The secrecy diversity order is closely related to the number of relays and fading parameter between relay and destination.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.7
no.2
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pp.288-307
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2013
This paper formulates resource allocation for decode-and-forward (DF) relay assisted multi-cell orthogonal frequency division multiple (OFDM) networks as an optimization problem taking into account of inter-cell interference and users fairness. To maximize the transmit rate of system we propose a joint interference coordination, subcarrier and power allocation algorithm. To reduce the complexity, this semi-distributed algorithm divides the primal optimization into three sub-optimization problems, which transforms the mixed binary nonlinear programming problem (BNLP) into standard convex optimization problems. The first layer optimization problem is used to get the optimal subcarrier distribution index. The second is to solve the problem that how to allocate power optimally in a certain subcarrier distribution order. Based on the concept of equivalent channel gain (ECG) we transform the max-min function into standard closed expression. Subsequently, with the aid of dual decomposition, water-filling theorem and iterative power allocation algorithm the optimal solution of the original problem can be got with acceptable complexity. The third sub-problem considers dynamic co-channel interference caused by adjacent cells and redistributes resources to achieve the goal of maximizing system throughput. Finally, simulation results are provided to corroborate the proposed algorithm.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.34
no.3A
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pp.281-289
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2009
Wireless relay attracts great attention as a core technology of next generation wireless communication systems since it enables reliable communications and extends cell coverage by supporting shadowed users. In this paper, we Propose transmit power and subcarrier allocation scheme for downlink OFDM systems with multiple decode and forward (DF) relays to increase data rate with fixed bit error rate (BER) and sum power constraint. In simulation results, average data rate based on the proposed schemes are evaluated and compared to that of the other schemes. It is also shown that the performance loss of the proposed scheme is negligible compared to the optimal scheme, while its computational complexity is reduced considerably.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.11
no.12
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pp.5943-5962
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2017
A resource allocation algorithm based on simultaneous wireless information and power transfer (SWIPT) to maximize the system throughput is proposed in orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) relay networks. The algorithm formulates the problem under the peak power constraints of the source and each subcarrier (SC), and the energy causality constraint of the relay. With the given SC allocation of the source, we give and prove the optimal propositions of the formulated problem. Then, the formulated problem could be decomposed into two separate throughput maximization sub-problems by setting the total power to transfer energy. Finally, several SC allocation schemes are proposed, which are energy priority scheme, information priority scheme, balanced allocation scheme and exhaustive scheme. The simulation results reveal that the energy priority scheme can significantly reduce computational complexity and achieve approximate performance with the exhaustive scheme.
Tian, Xinji;Li, Qianqian;Li, Xingwang;Zhang, Hui;Rabie, Khaled;Cavalcante, Charles Casimiro
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.13
no.11
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pp.5370-5393
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2019
In this paper, we consider a two-way relay non-orthogonal multiple access (TWR-NOMA) system with residual hardware impairments (RHIs) and channel estimation errors (CEEs), where two group users exchange their information via the decode-and-forward (DF) relay by using NOMA protocol. To evaluate the performance of the considered system, exact analytical expressions for the outage probability of the two groups users are derived in closed-form. Moreover, the asymptotic outage behavior in the high signal-to-noise ratio (SNR) regime is examined and the diversity order is derived and discussed. Numerical simulation results verify the accuracy of theoretical analyses, and show that: i) RHIs and CEEs have a deleterious effects on the outage probabilities; ii) CEEs have significant effects on the performance of the near user; iii) Due to the RHIs, CEEs, inter-group interference and intra-group interference, there exists error floors for the outage probability.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.12
no.5
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pp.2177-2193
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2018
This paper studies resource allocation schemes for the relay-aided cooperative system consisting of multiple source-destination pairs and decode-forward (DF) relays. Specially, relaying selection, multisubcarrier pairing and assignment, and power allocation are investigated jointly. We consider a combinatorial optimization problem on quality of experience (QoE) and energy consumption based on relay-aided cooperative system. For providing better QoE and lower energy consumption we formulate a multi-objective optimization problem to maximize the total mean opinion score (MOS) value and minimize the total power consumption. To this end, we employ the nondominated sorting genetic algorithm version II (NSGA-II) and obtain sets of Pareto optimal solutions. Specially, two formulas are devised for the optimal solutions of the multi-objective optimization problems with and without a service priority constraint. Moreover, simulation results show that the proposed schemes are superior to the existing ones.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.13
no.2
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pp.711-732
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2019
Many unmanned aerial vehicle (UAV) applications have been employed for performing data collection in facilitating tasks such as surveillance and monitoring objectives in remote and dangerous environments. In light of the fact that most of the existing UAV relaying applications operate in conventional half-duplex (HD) mode, a full-duplex (FD) based UAV relay aided wireless network is investigated, in which the UAV relay helps forwarding information from the source (S) node to the destination (D). Since the activated UAV relays are always floating and flying in the air, its channel state information (CSI) as well as channel capacity is a time-variant parameter. Considering decode-and-forward (DF) relaying protocol in UAV relays, the cooperative relaying channel capacity is constrained by the relatively weaker one (i.e. in terms of signal-to-noise ratio (SNR) or signal-to-interference-plus-noise ratio (SINR)) between S-to-relay and relay-to-D links. The channel capacity can be optimized by adaptively optimizing the transmit power of S and/or UAV relay. Furthermore, a hybrid HD/FD mode is enabled in the proposed UAV relays for adaptively optimizing the channel utilization subject to the instantaneous CSI and/or remaining self-interference (SI) levels. Numerical results show that the channel capacity of the proposed UAV relay aided wireless networks can be maximized by adaptively responding to the influence of various real-time factors.
Ali, Bakhtiar;Zamir, Nida;Ng, Soon Xin;Butt, Muhammad Fasih Uddin
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.12
no.4
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pp.1594-1617
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2018
In this paper, we consider a spectrum access scenario which consists of two groups of users, namely Primary Users (PUs) and Secondary Users (SUs) in Cooperative Cognitive Radio Networks (CCRNs). SUs cooperatively relay PUs messages based on Amplify-and-Forward (AF) and Decode-and-Forward (DF) cooperative techniques, in exchange for accessing some of the spectrum for their secondary communications. From the literatures, we found that the Conventional Distributed Algorithm (CDA) and Pragmatic Distributed Algorithm (PDA) aim to maximize the PU sum-rate resulting in a lower sum-rate for the SU. In this contribution, we have investigated a suit of distributed matching algorithms. More specifically, we investigated SU-based CDA (CDA-SU) and SU-based PDA (PDA-SU) that maximize the SU sum-rate. We have also proposed the All User-based PDA (PDA-ALL), for maximizing the sum-rates of both PU and SU groups. A comparative study of CDA, PDA, CDA-SU, PDA-SU and PDA-ALL is conducted, and the strength of each scheme is highlighted. Different schemes may be suitable for different applications. All schemes are investigated under the idealistic scenario involving perfect coding and perfect modulation, as well as under practical scenario involving actual coding and actual modulation. Explicitly, our practical scenario considers the adaptive coded modulation based DF schemes for transmission flexibility and efficiency. More specifically, we have considered the Self-Concatenated Convolutional Code (SECCC), which exhibits low complexity, since it invokes only a single encoder and a single decoder. Furthermore, puncturing has been employed for enhancing the bandwidth efficiency of SECCC. As another enhancement, physical layer security has been applied to our system by introducing a unique Advanced Encryption Standard (AES) based puncturing to our SECCC scheme.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.35
no.6A
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pp.547-554
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2010
Recently, the multi-band orthogonal frequency division multiplexing(MB-OFDM) system, one of UWB system, can satisfy the requirement and can be applied to various wireless communication services because ultra-wideband(UWB) is a wireless communication technique that supports high data rate with low power. In this paper, the method applying Alamouti's space time block code(STBC) and cyclic delay diversity(CDD) is proposed. The proposed method can be easily applied with arbitrary number of relays and only needs two time slots of quasi stationary assumption. And it is applied to the MB-OFDM system. Second, an optimal relaying scheme based on decode-and-forward(DF) method is proposed which is provides good error performance compared to conventional schemes.
The Journal of the Korea institute of electronic communication sciences
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v.14
no.5
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pp.901-906
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2019
UAV (Unmanned Aerial Vehicle) is widely used in various areas such as civil and military applications including entertainment industries. Among them, UAV based communication system is also one of the important application areas. Relays have been received much attention in communication system due to its benefits of performance enhancement and coverage extension. In this paper, we investigate UAVs as relays especially focusing on physical layer. First, we introduce the research on UAV application for the relays, then the basic performance of relay networks in dual-hop communication system is analyzed by adopting decode-and-forward (DF) relaying protocol. The performance is represented using symbol error rate (SER) and UAV channels are applied by assuming asymmetric environments. Based on the performance analysis, we discuss performance enhancement issues by considering physical layer.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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