KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.9
no.12
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pp.4967-4986
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2015
Multi-hop relaying communications have great potentials in improving transmission performance by deploying relay nodes. The benefit is critically dependent on the accuracy of the channel state information (CSI) of all the transmitting links. However, the CSI has to be estimated. In this paper, we investigate the channel estimation problem in one-way multi-hop MIMO amplify-and-forward (AF) relay system, where both the two-hop and three-hop communication link exist. Traditional point-to-point MIMO channel estimation methods will result in error propagation in estimating relay links, and separately tackling the channel estimation issue of each link will lose the gain as part of channel matrices involved in multiple communication links. In order to exploit all the available gains, we develop a novel channel estimation model by structuring different communication links using the PARAFAC and PARATUCK2 tensor analysis. Furthermore, a two-stage fitting algorithm is derived to estimate all the channel matrices involved in the communication process. In particular, essential uniqueness is further discussed. Simulation results demonstrate the advantage and effectiveness of the proposed channel estimator.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.6
no.6
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pp.1606-1626
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2012
This paper investigates the performance of an amplify-and-forward (AF) two-way relaying system with antenna correlation. The system consists of two multiple-antenna sources, which exchange information via the aid of a single-antenna relay. In particular, we derive the exact outage probability expression. Furthermore, we provide a simple, tight closed-form lower bound for the outage probability. Based on the lower bound, we obtain the closed-form asymptotic outage probability and the average symbol error rate expressions at high signal-to-noise ratio (SNR), which reveal the system's diversity order and coding gain with antenna correlation. To investigate the system's throughput performance with antenna correlation, we also derive a closed-form lower bound for the average sum-rate, which is quite tight from medium to high SNR regime. The analytical results readily enable us to obtain insight into the effect of antenna correlation on the system's performance. Extensive Monte Carlo simulations are conducted to verify the analytical results.
IEIE Transactions on Smart Processing and Computing
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v.2
no.2
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pp.67-76
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2013
Under an imperfect channel estimation, a Device-to-Device (D2D) communication framework based on MIMO relay technology is presented. The model consists of a D2D pair equipped with M antennas and a relay equipped with N antennas as well as a cellular user equipped with M antennas. The outage probability under different relaying protocols (i.e. AF and DF protocol) with and without considering a direct link was derived. The actual and theoretical outage probability of the five links under different antenna numbers was emulated. The number of user antennas and channel estimation error was analyzed carefully to determine their impact on the outage probability of a system. The simulation verified the theory analyses and the results showed that MIMO relaying improves the D2D communication system performance.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.34
no.5A
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pp.408-413
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2009
In this paper, minimum mean-square-error (MMSE)-based transceiver processing of a bidirectional amplify-and-forward (AF) relay having multiple antennas is proposed. Besides, the optimal beamforming vectors of users are designed in the sense of the sum rate maximization. Simulation results show that the proposed relay processing can effectively reduce both co-channel interferences and self-interferences and that the proposed beamforming method is proper to the bidirectional communication employing the AF relay.
In this paper, a cooperative relaying protocol called soft-decision-and-forward (SDF) with multiple antennas in each node is introduced. SDF protocol exploits the soft decision source symbol values from the received signal at the relay node. For orthogonal transmission (OT), orthogonal codes including Alamouti code are used and for non-orthogonal transmission (NT), distributed space-time codes are designed by using a quasi-orthogonal space-time block code. The optimal maximum likelihood (ML) decoders for the proposed protocol with low decoding complexity are proposed. For OT, the ML decoders are derived as symbolwise decoders while for NT, the ML decoders are derived as pairwise decoders. It can be seen through simulations that SDF protocol outperforms AF protocol for both OT and NT.
The Journal of the Korea institute of electronic communication sciences
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v.9
no.7
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pp.805-810
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2014
Cooperative communication, which transmit signal via arbitrary number of relays, enhances the overall communication performance by providing virtual Multi-Input Multi-Output (MIMO) gain without imposing multiple antennal limitation in physical system. There are two representative relaying protocols, i.e., Amplify-and-Forward (AF) and Decode-and-Forward (DF), where we analyze the performance of cooperative communication by adopting DF relaying protocol applying partially differential modulation. The performance is based on symbol error rate (SER), and the effect of relay location on the performance is analyzed. We also compare the performance of the proposed scheme with the system which uses differential modulation scheme.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.8
no.12
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pp.4432-4450
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2014
It is widely observed that in practical wireless cooperative communication systems, different links may experience different fading characteristics. In this paper, we investigate into the outage probability and channel capacity of two-way amplify-and-forward (TWAF) relaying systems operating over a mixed asymmetric Rician and Rayleigh fading scenario, with different amplification policies (AP) adopted at the relay, respectively. As TWAF relay network carries concurrent traffics towards two opposite directions, both end-to-end and overall performance metrics were considered. In detail, both uniform exact expressions and simplified asymptotic expressions for the end-to-end outage probability (OP) were presented, based on which the system overall OP was studied under the condition of the two source nodes having non-identical traffic requirements. Furthermore, exact expressions for tight lower bounds as well as high SNR approximations of channel capacity of the considered scenario were presented. For both OP and channel capacity, with different APs, effective power allocation (PA) schemes under different constraints were given to optimize the system performance. Extensive simulations were carried out to verify the analytical results and to demonstrate the impact of channel asymmetry on the system performance.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.33
no.4A
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pp.418-425
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2008
In this paper, we propose two different types of cooperative transmission protocols, referred to as spatial multiplexing with receive diversity (SMRD), that are bandwidth-efficient. We show that the BER performance can be significantly improved with a proper design of SMRD protocol under the AF (Amplify-and-Forward) and the DF (Decode-and-Forward) modes of relaying, when there is no interference among all symbols transmitted in the same time slot. BER analysis and our simulation result show that the proposed transmission protocol achieves a significant gain over no-cooperation (direct transmission) without any bandwidth expansion.
Proceedings of the Korean Institute of Information and Commucation Sciences Conference
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2019.05a
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pp.288-289
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2019
This paper studies the secrecy capacity for a wireless cooperative network with perfect channel state information at the relays, and receiver. A similar assumption is also made for the instance where there exist a direct link between the transmitter and receiver. Physical Layer security techniques are employed in wireless networks to mitigate against the activity of eavesdroppers. It offers a viable alternative to computationally intensive encryption. In this paper the design of a protocol utilizing jamming (via jamming nodes) for better security and relaying (via relay nodes) for the amplify-and-forward (AF) operation, is investigated. A a signal-to-noise variant of secrecy known as secrecy gap is explored because of its use of lesser computational power - preferable for practical systems. Thus we maximize this signal-to-noise approach instead of the conventional secrecy capacity maximization method. With this, an iterative algorithm using geometric programming (GP) and semi-definite programming (SDP) is presented with appreciable benefits. The results show here highlight the benefits of using fractional components of the powers of the relays to offer better secrecy capacity.
The bi-directional relay channel is the natural extension of a three-terminal relay channel where node a transmits to node b with the help of a relay r to allow for two-way communication between nodes a and b. That is, in a bi-directional relay channel, a and b wish to exchange independent messages over a shared channel with the help of a relay r. The rates at which this communication may reliably take place depend on the assumptions made on the relay processing abilities. We overview information theoretic limits of the bi-directional relay channel under a variety of conditions, before focusing on half-duplex nodes in which communication takes place in a number of temporal phases (resulting in protocols), and nodes may forward messages in four manners. The relay-forwarding considered are: Amplify and forward (AF), decode and forward (DF), compress and forward (CF), and mixed forward. The last scheme is a combination of CF in one direction and DF in the other. We derive inner and outer bounds to the capacity region of the bi-directional relay channel for three temporal protocols under these four relaying schemes. The first protocol is a two phase protocol where a and b simultaneously transmit during the first phase and the relay r alone transmits during the second. The second protocol considers sequential transmissions from a and b followed by a transmission from the relay while the third protocol is a hybrid of the first two protocols and has four phases. We provide a comprehensive treatment of protocols in Gaussian noise, obtaining their respective achievable rate regions, outer bounds, and their relative performance under different SNR and relay geometries.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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