• KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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• 제8권2호
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• pp.389-405
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• 2014

Outdated Channel State Information (CSI) was proved to have negative effect on performance in two-way relay networks. The diversity order of widely used opportunistic relay selection (ORS) was degraded to unity in networks with outdated CSI. This paper proposed a multiple relay selection scheme for amplify-and-forward (AF) based two-way relay networks (TWRN) with outdated CSI. In this scheme, two sources exchange information through more than one relays. We firstly select N best relays out of all candidate relays with respect to signal-noise ratio (SNR). Then, the ratios of the SNRs on the rest of the candidate relays to that of the Nth highest SNR are tested against a normalized threshold ${\mu}{\in}[0,1]$, and only those relays passing this test are selected in addition to the N best relays. Expressions of outage probability, average bit error rate (BER) and ergodic channel capacity were obtained in closed-form for the proposed scheme. Numerical results and Simulations verified our theoretical analyses, and showed that the proposed scheme had significant gains comparing with conventional ORS.

• KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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• 제11권7호
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• pp.3524-3542
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• 2017

In a single-source and multi-relay amplify-forward (AF) cooperative network, the outage probability and the power allocation are two key factors to influence the performance of an entire system. In this paper, an optimized AF relay selection by an exclusive method and near optimal power allocation (NOPA) is proposed for both good outage probability and power efficiency. Given the same power at the source and the relay nodes, a threshold for selecting the relay nodes is deduced and employed to minimize the average outage probability. It mainly excludes the relay nodes with much higher thresholds over the aforementioned threshold and thus the remainders of the relay nodes participate in cooperative forwarding efficiently. So the proposed scheme can improve the utility of the resources in the cooperative multi-relay system, as well as reduce the computational complexity. In addition, based on the proposed scheme, a NOPA is also suggested to approach sub-optimal power efficiency with low complexity. Simulation results show that the proposed scheme obtains about 2.1dB and 5.8dB performance gain at outage probability of $10^{-4}$, when compared with the all-relay-forward (6 participated relays) and the single-relay-forward schemes. Furthermore, it obtains the minimum outage probability among all selective relay schemes with the same number of the relays. Meanwhile, it approaches closely to the optimal exhaustive scheme, thus reduce much complexity. Moreover, the proposed NOPA scheme achieves better outage probability than those of the equal power allocation schemes. Therefore, the proposed scheme can obtain good outage probability, low computational complexity and high power efficiency, which makes it pragmatic efficiently in the single-source and multi-relay AF based cooperative networks.

• 한국통신학회논문지
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• 제33권12A호
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• pp.1165-1171
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• 2008

본 논문에서는 기존 다중안테나 빔포밍 (beamforming) 시스템에 적용할 수 있도록 파일럿을 송출하는 단일 안테나 AF방식 중계기와 (amplify-and-forward relays) 이를 이용하는 빔포밍 기법을 제안한다. 먼저 송신기-중계기 채널과 중계기-수신기 채널이 곱해진 전체 채널에 대해서 빔포밍을 수행하는 OBF(overall beamforming)를 소개하고, 송신기-중계기 채널과 중계기-수신기 채널 각각에 대해 독립적으로 빔포밍을 수행하는 HBF (hop-by-hop beamforming) 방식을 제안한다. 수학적 분석 및 컴퓨터 모의실험을 통해, 채널 추정이 완벽할 때, HBF와 OBF의 성능이 동일함을 보이고, 나아가 실제 채널 추정 시나리오를 고려할 때, 제안한 파일럿 송출 중계기를 이용하는 HBF가 OBF에 비해 채널 추정 성능이 우수하고, 비트 오류율 (bit error rate: BER) 성능이 향상됨을 확인하였다.

• ETRI Journal
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• 제36권4호
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• pp.625-634
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• 2014

This paper studies a dual-hop multiple-access relay network where two independent source nodes transmit information to a common destination node with the aid of multiple single-antenna amplify-and-forward relays. Each relay node is subject to an individual power constraint. We focus on the design of distributed beamforming schemes for the relays to support the transmission rate requirements of the two sources. To this end, we first characterize the achievable rate region for this network via solving a sequence of corner point optimization problems proposed in this paper. We also develop several low-complexity suboptimal schemes in closed form. Two inner bounds of the achievable rate region are theoretically shown to be approximately optimal in two special scenarios. Finally, numerical results demonstrate the effectiveness of our proposed approaches.

• 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.

• 한국통신학회논문지
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• 제38A권12호
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• pp.1117-1124
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• 2013

최근 무선트래픽 수요가 폭발적으로 증가하면서 셀룰라 무선망에서 이를 효율적으로 지원하기 위한 스몰셀 연구가 활발히 수행중이다. 본 논문은 스몰셀 구현의 가장 큰 걸림돌인 다중셀 간섭을 효율적으로 해결하기 위한 간섭상쇄 기법에 대해 연구하였다. 각 사용자의 메시지가 기지국 혹은 릴레이를 통하여 전달되는 경우, 무선채널의 시변특성을 이용한 간섭상쇄 기법을 제안하였다. Amplify-and-forward (AF) 에 기반한 기존 접근방식은 잡음증폭 특성으로 인하여 신호대잡음비가 낮은 영역에서는 심한 성능열화를 보였다. 본 논문은 최근 개발된 compute-and-forward (CF) 에 기반한 간섭상쇄를 제안하여 이러한 문제를 해결하고 신호대잡음비가 작은 영역에서 전송율을 크게 개선하였다.

• 한국통신학회논문지
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• 제34권7A호
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• pp.523-529
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• 2009

This paper provides closed form expressions for the evaluation of the end-to-end outage probability, symbol error rate, bit error rate and average capacity of the partial-based Decode-and-Forward (DF) relay selection scheme with an arbitrary number of relays. In a comparison with the performance of systems that exploit Amplify-and-Forward (AF), it can be seen that the performance of our proposed protocol converges to that of partial-based AF relay selection in high SNR regime. We also perform Monte-Carlo simulations to validate the analysis.

• 한국ITS학회 논문지
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• 제11권6호
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• pp.70-80
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• 2012

본 논문에서는 전체 채널 정보와 부분 채널 정보를 이용하여 중계 노드를 선택하는 각각의 증폭 후 전달 중계 시스템을 고려한다. 여기서, 소스 노드와 목적지 노드간의 직접 통신 링크를 고려한다. 그리고, 전체 채널 정보와 부분 채널 정보를 이용하여 중계 노드를 선택하는 각각의 증폭 후 전달 중계 시스템에 대한 아웃티지 확률을 레일레이 페이딩 채널을 가정하여 분석한다. 특히, 각각의 시스템에 대하여 정확한 아웃티지 확률과 아웃티지 확률의 하한, 그리고 점근적인 아웃티지 확률 식들을 유도한다. 또한, 전체 채널 정보와 부분 채널 정보를 이용하여 중계 노드를 선택하는 각각의 증폭 후 전달 중계 시스템에 대하여 얻을 수 있는 코딩 이득을 제시한다. 수치적 결과를 통해, 모든 분석 표현식들을 검증하고, 첫 번째와 두 번째 홉의 평균 채널 전력이 상이한 경우와 중계 노드의 수가 상이한 경우에 대하여 각각의 시스템에 대한 코딩 이득을 비교한다.

• ETRI Journal
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• 제34권4호
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• pp.511-517
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• 2012

The best linear unbiased estimator (BLUE) is most suitable for practical application and can be determined with knowledge of only the first and second moments of the probability density function. Although the BLUE is an existing algorithm, it is still largely unexplored and has not yet been applied to channel estimation in amplify and forward (AF)-based wireless relay networks (WRNs). In this paper, a BLUE-based algorithm is proposed to estimate the overall channel impulse response between the source and destination of AF strategy-based WRNs. Theoretical mean square error (MSE) performance for the BLUE is derived to show the accuracy of the proposed channel estimation algorithm. In addition, the Cram$\acute{e}$r-Rao lower bound (CRLB) is derived to validate the MSE performance. The proposed BLUE channel estimation algorithm approaches the CRLB as the length of the training sequence and number of relays increases. Further, the BLUE performs better than the linear minimum MSE estimator due to the minimum variance characteristic exhibited by the BLUE, which happens to be a function of signal-to-noise ratio.

• KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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• 제10권9호
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• pp.4326-4341
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• 2016

In this paper, an adjustable multiple relay selection (MRS) scheme for cooperative communication with amplify-and-forward (AF) relay under frequency selective channels is proposed. In the proposed scheme, the relays are ordered firstly by the steady-state mean square error (MSE), then the relays are sequentially selected out from N relays and the number of cooperating relays is adjusted dynamically according to the steady-state mean square joint error (MSJE). The aim of this work is to dynamically estimate the optimum number N_o of cooperating relays. Optimum means the minimum number of cooperating relays, N_o, achieving the minimum level of steady-state MSJE. Numerical results verify the analyses and show that the scheme can adaptively adjust the number of cooperating relays, and outperform conventional relay selection schemes. Hence, the proposed scheme provides better tradeoff between BER performance and spectral efficiency and to save more energy in cooperative wireless networks.