• Journal of Communications and Networks
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• 제10권2호
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• pp.186-193
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• 2008

A two-hop multiple-input multiple-output (MIMO) relay network which comprises a multiple antenna source, an amplify-and-forward MIMO relay and many potential users are studied in this paper. Consider the achievable sum rate as the performance metric, a joint design method for the processing units of the BS and relay node is proposed. The optimal structures are given, which decompose the multiuser MIMO relay channel into several parallel single-input single-output relay channels. With these structures, the signal-to-noise ratio at the destination users is derived; and the power allocation is proved to be a convex problem. We also show that high sum rate can be achieved by pairing each link according to its magnitude. The sum rate of three broadcast strategies, time division multiple access (TDMA) to the strongest user, dirty paper coding (DPC), and beamforming (BF) are investigated. The sum rate bounds of these strategies and the sum capacity (achieved by DPC) gain over TDMA and BF are given. With these results, it can be easily obtained that how far away TDMA and BF are from being optimal in terms of the achievable sum rate.

• KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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• 제11권9호
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• pp.4180-4196
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• 2017

In this paper, we analyze average capacity of an amplify-and-forward (AF) cooperative communication system model in multi-relay multiuser networks. In contrast to conventional cooperative networks, relays in the considered network have no embedded energy supply. They need to rely on the energy harvested from the signals broadcasted by the source for their cooperative information transmission. Based on this structure, a two-step selection scheme is proposed considering both channel state information (CSI) and battery status of relays. Assuming each relay has infinite or finite energy storage for accumulating the energy, we use the infinite or finite Markov chain to capture the evolution of relay batteries and certain simplified assumptions to reduce computational complexity of the Markov chain analysis. The approximate closed-form expressions for the average capacity of the proposed scheme are derived. All theoretical results are validated by numerical simulations. The impacts of the system parameters, such as relay or user number, energy harvesting threshold and battery size, on the capacity performance are extensively investigated. Results show that although the performance of our scheme is inferior to the optimal joint selection scheme, it is still a practical scheme because its complexity is much lower than that of the optimal scheme.

• Journal of Communications and Networks
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• 제10권2호
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• pp.175-185
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• 2008

In this paper, we investigate the effect of cooperative and selection relaying schemes on multiuser diversity in downlink cellular systems with fixed relay stations (RSs). Each mobile station (MS) is either directly connected to a base station (BS) and/or connected to a relay station. We first derive closed-form solutions or upper-bound of the ergodic and outage capacities of four different downlink data relaying schemes: A direct scheme, a relay scheme, a selection scheme, and a cooperative scheme. The selection scheme selects the best access link between the BS and an MS. For all schemes, the capacity of the BS-RS link is assumed to be always larger than that of RS-MS link. Half-duplex channel use and repetition based relaying schemes are assumed for relaying operations. We also analyze the system capacity in a multiuser diversity environment in which a maximum signal-to-noise ratio (SNR) scheduler is used at a base station. The result shows that the selection scheme outperforms the other three schemes in terms of link ergodic capacity, link outage capacity, and system ergodic capacity. Furthermore, our results show that cooperative and selection diversity techniques limit the performance gain that could have been achieved by the multiuser diversity technique.

• 방송공학회논문지
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• 제15권6호
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• pp.783-790
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• 2010

양방향 중계 네트워크는 중계기에 중첩 부호화 또는 네트워크 부호화를 적용함으로써 기존의 단방향 중계 네트워크에 비해 향상된 주파수 효율을 제공한다. 한편, OFDMA 네트워크는 사용자에게 부반송파, 파워 등의 자원을 적응적으로 할당하여 네트워크의 성능향상을 얻을 수 있다. 본 논문에서는 복호후재전송을 사용하는 양방향 OFDMA 중계 네트워크에서 다중사용자를 위한 적응적 부반송파 할당 알고리즘을 제안한다. 제안된 알고리즘은 각 사용자 쌍의 최소 전송속도를 보장하며 모든 사용자 쌍에 대한 달성 합 전송속도를 최대화하기 위해 부반송파를 사용자 쌍과 중계기에 적응적으로 할당한다. 모의실험을 통해 제안된 알고리즘이 정적 알고리즘, 그리디 알고리즘 보다 우수한 성능을 보임을 확인한다.

• 대한전자공학회논문지TC
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• 제49권6호
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• pp.15-26
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• 2012

본 논문에서는 개선된 AF(Amplify-and-Forward)와 DF(Decode-and-Forward) Relay 프로토콜을 결합한 다중 사용자 MIMO (Multiple Input Multiple Output) Relay 네트워크에서 간섭 제거 기술을 논의 한다. 간섭 제거 기술은 Relay 노드가 적용된 전체 전송 시스템의 오류 성능을 향상시키기 위해 eNB(evolved NodeB), Relay 노드(RN: Relay Node)와 UE(User Equipment)에 의해 이루어진다. 간섭 제거를 수행하기 위해 ZF(Zero Forcing), MMSE(Minimum Mean Square Error), SIC(Successive Interference Cancellation)와 OSIC(Ordered Successive Interference Cancellation)가 적용된 DPC(Dirty Paper Coding)와 THP(Thomilson Harashima Precoding)를 사용하였다. 이러한 기본적인 기술이 적용된 Relay 노드 기능들이 연구되고 개선된다. 협력 Relay 노드에서 두 계층 간의 간섭 제거를 강화한 DF는 성능을 향상시킨다. eNB와 RN간의 가중치 벡터를 사용하여 간섭 제거가 수행된다. 연구 최종 결과, 기존의 알고리즘과 비교하여 제안된 알고리즘이 낮은 SNR에서 더 좋은 성능을 나타냈다. 모의실험 결과 LTE-Advanced 시스템에서 제안된 기법이 오류 성능 면에서 상당한 향상을 나타냈다.

• 한국통신학회논문지
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• 제35권4A호
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• pp.360-370
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• 2010

본 논문에서는 다수의 송수신기 쌍과 다수의 중계 노드로 구성된 분산 빔포밍 Amplify-and-Forward (AF) 중계 네트워크를 다루고 있다. 제안한 방법에서는 빔포머 수의 자유도를 높이기 위하여 첫 번째 단계에서 송신기들이 직교 채널을 이용하여 중계기로 신호를 보낸다. 두 번째 단계에서 각 중계기는 송신기로부터 받은 신호에 복소 가중치를 곱하여 신호를 증폭하고 역방향 채널에 의해 생긴 위상 변화를 조정하여 하나의 채널로 수신기에 신호를 보낸다. 최적의 빔포밍 벡터는 서비스 품질 수준을 만족시키기 위해 수신기 각각의 신호 대 간섭 및 잡음비가 특정 문턱값보다 크면서 전체 중계 전송 전력을 최소화시키도록 구하였다. 모의실험을 통해 기존의 직교 분할 다중화 방법과 공간 분할 다중화 방법에 비하여 적당히 낮은 데이터 속도 범위에서 중계 송신 전력을 줄일 수 있음을 확인하였다.

• 한국방송∙미디어공학회:학술대회논문집
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• 한국방송공학회 2009년도 추계학술대회
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• pp.11-14
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• 2009

기존의 반이중방식 단방향 중계 네트워크는 하나의 정보를 두 개의 시간 슬롯 동안에 보내므로 주파수 효율에서 감소가 생기게 된다. 이러한 주파수 효율의 감소를 막기 위해 제안된 양방향 중계 네트워크는 중계기에 중첩 부호화 또는 네트워크 부호화를 적용함으로써 단방향 중계 네트워크에 비해 향상된 주파수 효율을 제공한다. 한편, OFDMA 네트워크는 사용자에게 부반송파, 전력 등의 자원을 적응적으로 할당하여 네트워크의 성능 향상을 얻을 수 있다. 본 논문에서는 다중사용자 다중중계기 양방향 OFDMA 중계 네트워크를 위한 새로운 적응적 부반송파 할당 알고리듬을 제안한다. 먼저 모든 사용자 쌍에 대한 달성 합 전송속도(achievable sum-rate over all user pairs)를 최대화하기 위한 최적화 문제를 정형화한다. 시스템의 수명을 늘이고 각 사용자의 최소 전송속도를 보장하기 위해 공정성 제한을 고려한다. 그리고 이로부터 새로운 적응적 부반송파 할당 알고리듬을 제안한다. 모의실험을 통해 제안된 알고리듬이 정적 알고리듬과 그리디 알고리듬, 두 알고리듬 모두 보다 훨씬 낮은 불능확률을 얻음을 확인한다.