Proceedings of the Korean Institute of Information and Commucation Sciences Conference
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2010.10a
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pp.465-467
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2010
This paper proposes MIMO two-way cooperative relay scheme to optimize the end to end capacity in wireless multi-hop mesh network. The basic idea is to perform data transmission via multi-hop relay nodes, in equidistant topology, this method is quite efficient. However, on one hand this topology is very rare in practical situation, on the other hand, in real practical situation where the topology is most likely non equidistant, the end to end capacity significantly degrades due to bottleneck link caused by uneven SNR. Moreover, the end to end capacity degrades at high SNR due to overreach interference from far nodes existing in multi-hop relay networks. In this paper, MIMO two-way cooperative relay in the region of non equidistant nodes is found efficient to improve the end to end capacity. The proposed scheme is validated using numerical simulation.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.10
no.3
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pp.1016-1033
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2016
In this paper, we present a joint relay-and-antenna selection and power allocation strategy for multiple-input multi-output (MIMO) amplify-and-forward (AF) two-way relay networks (TWRNs). In our approach, we select the best transmit and receive antennas at the two sources, a best relay and a best transmit and receive antenna at the selected relay based on maximizing the minimum of the end-to-end received signal-to-noise-ratios (SNRs) under a total transmit power constraints. We obtained the closed-form solution for the optimal power allocation firstly. Then with the optimal allocation solution we found, we can reduce the joint relay-and-antenna selection to a simpler problem. Besides, the overall outage probability is investigated and a tight closed-form approximation is derived, which provides a method to evaluate the outage performance easily and fast. Simulation results are presented to verify the analysis.
Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers
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v.51
no.3
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pp.3-9
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2014
Two-way full-duplex relay network provides improved spectral efficiency by using either superposition coding or physical layer network coding at relays compared to conventional two-way half-duplex relay network. In this paper, we investigate the impact of residual loop interference on the performance of the two-way full-duplex relay network. Users and relays in the two-way full-duplex relay network estimate the residual loop interference in order to cancel it. However, it is difficult to perfectly cancel the residual loop interference from the received signal due to the estimation error. Numerical results show the impact of the estimation error on the outage probability of the two-way full-duplex relay network.
This letter considers the channel estimation for two-way relay MIMO OFDM systems. A least square (LS) channel estimation algorithm under block-based training is proposed. The mean square error (MSE) of the LS channel estimate is computed, and the optimal training sequences with respect to this MSE are derived. Some numerical examples are presented to evaluate the performance of the proposed channel estimation method.
Application of network coding in wireless two-way relay channels (TWRC) has received much attention recently because its ability to improve throughput significantly. In traditional designs, network coding operates at upper layers above (including) the link layer and it requires the input packets to be correctly decoded. However, this requirement may limit the performance and application of network coding due to the unavoidable fading and noise in wireless networks. In this paper, we propose a new wireless network coding scheme for TWRC, which is referred to as soft network coding (SoftNC), where the relay nodes applies symbol-by-symbol soft decisions on the received signals from the two end nodes to come up with the network coded information to be forwarded. We do not assume further channel coding on top of SoftNC at the relay node (channel coding is assumed at the end nodes). According to measures of the soft information adopted, two kinds of SoftNC are proposed: amplify-and-forward SoftNC (AF-SoftNC) and soft-bit-forward SoftNC (SBF-SoftNC). We analyze the both the ergodic capacity and the outage capacity of the two SoftNC schemes. Specifically, analytical form approximations of the ergodic capacity and the outage capacity of the two schemes are given and validated. Numerical simulation shows that our SoftNC schemes can outperform the traditional network coding based two-way relay protocol, where channel decoding and re-encoding are used at the relay node. Notable is the fact that performance improvement is achieved using only simple symbol-level operations at the relay node.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.5
no.9
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pp.1513-1527
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2011
This paper investigates the capacity rate problems for a joint decode-and-forward (JDF) based two-way relaying with network coding. We first characterize the achievable rate region for a conventional three-node network scenario along with the calculation of the corresponding maximal sum-rate. Then, for the goal of maximizing the system sum-rate, opportunistic relay selection is examined for multi-relay networks. As a result, a novel strategy for the implementation of relay selection is proposed, which depends on the instantaneous channel state and allows a single best relay to help the two-way information exchange. The JDF scheme and the scheme using relay selection are analyzed in terms of outage probability, after which the corresponding exact expressions are developed over Rayleigh fading channels. For the purpose of comparison, outage probabilities of the amplify-and-forward (AF) scheme and those of the scheme using relay selection are also derived. Finally, simulation experiments are done and performance comparisons are conducted. The results verify that the proposed strategy is an appropriate method for the implementation of relay selection and can achieve significant performance gains in terms of outage probability regardless of the symmetry or asymmetry of the channels. Compared with the AF scheme and the scheme using relay selection, the conventional JDF scheme and that using relay selection perform well at low signal-to-noise ratios (SNRs).
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.36
no.3C
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pp.170-174
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2011
We introduce the network coding which cooperative communication for two-way relay channel. We propose a new network coding scheme using orthogonality for cooperative communication system. The proposed network coding scheme via orthogonal mapping shows better BER performance because proposed scheme weakens error propagation which is disadvantage of DF scheme. And proposed scheme maintains same throughput compared to conventional scheme.
Fan, Zhangjun;Guo, Daoxing;Zhang, Bangning;Zeng, Li
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.6
no.12
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pp.3275-3295
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2012
In this paper, we analyze the performance of an amplify-and-forward (AF) two-way relaying system, where two sources exchange information via the aid of an intermediate relay that is selected among multiple relays according to max-min criterion. We consider a practical scenario, where one source-relay link undergoes Rician fading, and the other source-relay link is subject to Rayleigh fading. To be specific, we derive a tight lower bound for the outage probability. From this lower bound, the asymptotic outage probability and average symbol error rate (SER) expressions are derived to gain insight into the system performance at high signal-to-noise ratio (SNR) region. Furthermore, we investigate the optimal power allocation (PA) with fixed relay location (RL), optimal RL with fixed PA and joint optimization of PA and RL to minimize the outage probability and average SER. The analytical expressions are verified through Monte Carlo simulations, where the positive impact of Rician factor on the system performance is also illustrated. Simulation results also validate the effectiveness of the proposed PA and relay positioning schemes.
In this paper, we investigate an energy-efficient resource allocation problem in a two-way relay (TWR) network consisting of multiple user pairs and an amplify-and-forward (AF) relay. As the users and relay have individual energy efficiencies (EE), we formulate a multi-objective optimization problem (MOOP). A single-objective optimization problem (SOOP) of the MOOP is introduced using a weighted-sum method, which achieves a single Pareto optimal point of the MOOP. To derive the algorithm for the SOOP, we propose a more tractable equivalent problem using the Karush-Kuhn-Tucker conditions of the SOOP, which guarantees convergence at the local optimal points. The proposed equivalent problem can be efficiently solved by the proposed iterative algorithm. Numerical results demonstrate the effectiveness of the proposed algorithm in achieving the optimal EE in multi-user AF TWR networks.
The paper investigates the problem of designing the multiple-antenna relay in a two-way relay network by taking into account the imperfect channel state information (CSI). The objective is to design the multiple-antenna relay based upon the CSI estimates, where the estimation errors are included to attain the robust design under the worst-case philosophy. In particular, the worst-case transmit power at the multiple-antenna relay is minimized while guaranteeing the worst-case quality of service requirements that the received signal-to-noise ratio (SNR) at both sources are above a prescribed threshold value. Since the worst-case received SNR expression is too complex for subsequent derivation and processing, its lower bound is explored instead by minimizing the numerator and maximizing the denominator of the worst-case SNR. The aforementioned problem is mathematically formulated and shown to be nonconvex. This motivates the pursuit of semidefinite relaxation coupled with a randomization technique to obtain computationally efficient high-quality approximate solutions. This paper has shown that the original optimization problem can be reformulated and then relaxed to a convex problem that can be solved by utilizing suitable randomization loop. Numerical results compare the proposed multiple-antenna relay with the existing nonrobust method, and therefore validate its robustness against the channel uncertainty. Finally, the feasibility of the proposed design and the associated influencing factors are discussed by means of extensive Monte Carlo simulations.
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