KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제7권9호
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pp.2081-2100
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2013
In this paper, we propose a cooperative hybrid spectrum sharing protocol by jointly considering interweave (opportunistic) and underlay schemes. In the proposed protocol, secondary users can access the licensed spectrum along with the primary system. Our network scenario comprises a single primary transmitter-receiver (PTx-PRx) pair and a group of M secondary transmitter-receiver (STx-SRx) pairs within the transmission range of the primary system. Secondary transmitters are divided into two groups: active and inactive. A secondary transmitter that gets an opportunity to access the secondary spectrum is called "active". One of the idle or inactive secondary transmitters that achieves the primary request target rate $R_{PT}$ will be selected as a best decode-and-forward (DF) relay (Re) to forward the primary information when the data rate of the direct link between PTx and PRx falls below $R_{PT}$. We investigate the ergodic capacity and outage probability of the primary system with cooperative relaying and outage probability of the secondary system. Our theoretical and simulation results show that both the primary and secondary systems are able to achieve performance improvement in terms of outage probability. It is also shown that ergodic capacity and outage probability improve when the active secondary transmitter is located farther away from the PRx.
An adaptive power control scheme is proposed for the cognitive relay networks with joint overlay and underlay spectrum sharing model. The transmit power of the secondary user is adjusted adaptively according to the spectrum sensing results and the interference channel condition. The outage probability of the secondary user is compared by Monte - Carlo simulations between the fixed power control scheme and pure overlay or underlay spectrum sharing schemes. The results show that, by employing the adaptive power control strategy, the interference probability of the secondary user to the primary user is decreased by 70 % ~ 80 % under the same outage probability. Also, the outage probability of the secondary user is reduced by 1 ~ 2 orders of magnitude under the same interference probability. Thus, the performance of the spectrum sharing is improved effectively.
Journal of information and communication convergence engineering
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제9권5호
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pp.515-522
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2011
In this paper, we investigate cooperative diversity in a spectrum sharing environment where secondary users utilize primary users' spectrum only if the interference power received at the primary users is maintained below a predetermined level. The outage probability of a selective decode-and-forward (DF) based cooperative diversity scheme in the secondary network is derived to analyze the effects of spectrum sharing on cooperative diversity. Our analytical and simulation results show that the outage probability is saturated at a certain level of transmit power of secondary users due to interference regulation, and, hence, cooperative diversity gains are lost. Through asymptotic analysis, we also identify the critical value of transmit SNR beyond which the outage probability is saturated.
In this paper, we evaluate performance of a hybrid decode-amplify-forward relaying protocol in underlay cognitive radio. In the proposed protocol, a secondary relay which is chosen by partial relay selection method helps a transmission between a secondary source and a secondary destination. In particular, if the chosen relay decodes the secondary source's signal successfully, it will forward the decoded signal to the secondary destination. Otherwise, it will amplify the signal received from the secondary source and will forward the amplified signal to the secondary destination. We evaluate the performance of our scheme via theory and simulation. Results show that the proposed protocol outperforms the amplify-and-forward and decode-and-forward protocols in terms of outage probability.
본 논문은 underlay 기법으로 다수의 주 사용자 수신기들(primary receivers)이 부 사용자들(secondary users)과 공존할 때 부 사용자들의 협력을 통한 중계 전송의 성능을 평가하였다. 무선 인지 환경에 적합한 중계기 선택 기준을 사용하였을 때 부 사용자의 outage probability를 유도하였다. 이러한 분석을 통하여, 공존하는 다수의 주 사용자들로 인하여 증가하는 부 사용자의 outage probability 양을 정량적으로 표현하였다. 모의실험을 통하여, 주 사용자의 개수가 증가할수록 중계 전송이 직접 정송에 비하여 민감하게 성능이 감소하고, 이로 인하여 중계 전송이 직접 전송에 비하여 비효율적일 수 있음을 보여주었다. 또한, 비록 다수의 주 사용자가 존재하더라고 중계기 선택의 다이버시티를 늘려 줌으로서 중계 전송이 직접 전송보다 효율적일 수 있음을 확인하였다.
Journal of information and communication convergence engineering
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제9권6호
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pp.641-646
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2011
In this paper, we investigate a power control problem which is very critical in underlay-based spectrum sharing systems. Although an underlay-based spectrum sharing system is more efficient compared to an overlay-based spectrum sharing system in terms of spectral utilization, some practical problems obstruct its commercialization. One of them is a real-time-based power adaptation of secondary transmitters. In the underlay-based spectrum sharing system, it is essential to adapt secondary user's transmit power to interference channel states to secure primary users' communication. Thus, we propose a practical power control scheme for secondary transmitters. The feedback overhead of our proposed scheme is insignificant because it requires one-bit signaling, while the optimal power control scheme requires the perfect information of channel states. In addition, the proposed scheme is robust to feedback delay. We compare the performance of the optimal and proposed schemes in terms of primary user's outage probability and secondary user's throughput. Our simulation results show that the proposed scheme is almost optimal in terms of both primary user's outage probability and secondary user's throughput when the secondary user's transmit power is low. As the secondary user's transmit power increases, the primary user's outage probability of the proposed scheme is degraded compared with the optimal scheme while the secondary user's throughput still approaches that of the optimal scheme. If the feedback delay is considered, however, the proposed scheme approaches the optimal scheme in terms of both the primary user's outage probability and secondary user's throughput regardless of the secondary user's transmit power.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제6권10호
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pp.2455-2472
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2012
Although underlay spectrum sharing has been shown as a promising technique to promote the spectrum utilization in cognitive radio networks (CRNs), it may suffer bad secondary performance due to the strict power constraints imposed at secondary systems and the interference from primary systems. In this paper, we propose a two-phase based cooperative transmission protocol with the interference cancellation (IC) and best-relay selection to improve the secondary performance in underlay models under stringent power constraints while ensuring the primary quality-of-service (QoS). In the proposed protocol, IC is employed at both the secondary relays and the secondary destination, where the IC-based best-relay selection and cooperative relaying schemes are well developed to reduce the interference from primary systems. The closed-form expression of secondary outage probability is derived for the proposed protocol over Rayleigh fading channels. Simulation results show that, with a guaranteed primary outage probability, the proposed protocol can achieve not only lower secondary outage probability but also higher secondary diversity order than the traditional underlay case.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제8권3호
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pp.924-944
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2014
This paper investigates the power allocation and outage performance of MIMO full-duplex relaying (MFDR), based on orthogonal space-time block codes (OSTBC), in cognitive radio systems. OSTBC transmission is used as a simple means to achieve multi-antenna diversity gain. Cognitive MFDR systems not only have the advantage of increasing spectral efficiency through spectrum sharing, but they can also extend coverage through the use of relays. In cognitive MFDR systems, the primary user experiences interference from the secondary source and relay simultaneously, owing to full duplexing. It is therefore necessary to optimize the transmission powers at the secondary source and relay. In this paper, we propose an optimal power allocation (OPA) scheme based on minimizing the outage probability in cognitive MFDR systems. We also analyse the outage probability of the secondary user in noise-limited and interference-limited environments in Nakagami-m fading channels. Simulation results show that the proposed schemes achieve performance improvements in terms of reducing outage probability.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제13권9호
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pp.4446-4462
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2019
In this paper, we focus on interference cancellation for three-hop cognitive radio networks (CRNs) over Rayleigh fading channels. In CRNs, secondary users (SUs) are allowed to opportunistically utilize the licensed spectrum during the idle time of primary users (PUs) to achieve spectrum sharing. However, the SUs maybe power constrained to avoid interference and cover a very short transmission range. We here propose an interference cancellation scheme (ICS) for three-hop CRNs to prolong the transmission range of SUs and improve their transmission efficiency. In the proposed scheme, a flexible transmission protocol is adopted to cancel the interference at both secondary relays and destinations at the same time. And a closed-form expression for the secondary outage probability over Rayleigh fading channels is derived to measure the system performance. Simulation results show that the proposed scheme can significantly reduce the secondary outage probability and increase the secondary diversity in comparison with the traditional cases.
Tin, Phu Tran;Nam, Pham Minh;Duy, Tran Trung;Voznak, Miroslav
IEIE Transactions on Smart Processing and Computing
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제6권3호
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pp.200-209
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2017
In this paper, we investigate the tradeoff between security and reliability for a multi-hop protocol in cluster-based underlay cognitive radio networks. In the proposed protocol, a secondary source communicates with a secondary destination via the multi-hop relay method in the presence of a secondary eavesdropper. To enhance system performance under the joint impact of interference constraint required by multiple primary users and hardware impairments, the best relay node is selected at each hop to relay the source data to the destination. Moreover, the destination is equipped with multiple antennas and employs a selection combining (SC) technique to combine the received data. We derive closed-form expressions of the intercept probability (IP) for the eavesdropping links and the outage probability (OP) for the data links over a Rayleigh fading channel. Finally, the correction of our derivations is verified by Monte-Carlo simulations.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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