• KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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• 제10권5호
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• pp.2047-2066
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• 2016

In this paper, we investigate joint power allocation and relay selection (PARS) schemes in non-orthogonal cooperative protocol (NOCP) based cognitive relay networks. Generally, NOCP outperforms the orthogonal cooperative protocol (OCP), since it can provide more transmit diversity. However, most existing PARS schemes in cognitive relay networks focus on OCP, which are not suitable for NOCP. In the context of NOCP, we first derive the joint constraints of transmit power limit for secondary user (SU) and interference constraint for primary user (PU). Then we formulate optimization problems under the aforementioned constraints to maximize the capacity of SU in amplify-and-forward (AF) and decode-and-forward (DF) modes, respectively. Correspondingly, we derive the closed form solutions with respect to different parameters. Numerical results are provided to verify the performance improvement of the proposed PARS schemes.

• KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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• 제10권12호
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• pp.5249-5267
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• 2016

Cognitive radio is an efficient technique to improve spectrum efficiency and relieve the pressure of spectrum resources. In this paper, we investigate the spectrum sensing period in cooperative relay cognitive radio networks; analyze the relationship between the available capacity and the signal-to-noise ratio of the received signal of second users, the target probability of detection and the active probability of primary users. Finally, we derive the closed form expression of the optimal spectrum sensing period in terms of maximum throughput. We simulate the probability of false alarm and available capacity of cognitive radio networks and compare optimal spectrum sensing period scheme with fixed sensing period one in these performance. Simulation results show that the optimal sensing period makes the cognitive networks achieve the higher throughput and better spectrum sensing performance than the fixed sensing period does. Cooperative relay cognitive radio networks with optimal spectrum sensing period can achieve the high capacity and steady probability of false alarm in different target probability of detection. It provides a valuable reference for choosing the optimal spectrum sensing period in cooperative relay cognitive radio networks.

• KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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• 제7권12호
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• pp.3018-3036
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• 2013

In this paper, we investigate power allocation scheme and outage performance for a physical-layer network coding (PNC) relay based secondary user (SU) communication in cognitive multi-antenna relay networks (CMRNs), in which two secondary transceivers exchange their information via a multi-antenna relay using PNC protocol. We propose an optimal energy-efficient power allocation (OE-PA) scheme to minimize total energy consumption per bit under the sum rate constraint and interference power threshold (IPT) constraints. A closed-form solution for optimal allocation of transmit power among the SU nodes, as well as the outage probability of the cognitive relay system, are then derived analytically and confirmed by numerical results. Numerical simulations demonstrate the PNC protocol has superiority in energy efficiency performance over conventional direct transmission protocol and Four-Time-Slot (4TS) Decode-and-Forward (DF) relay protocol, and the proposed system has the optimal outage performance when the relay is located at the center of two secondary transceivers.

• KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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• 제14권3호
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• pp.1301-1312
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• 2020

Using decode-and-forward relaying in the cognitive radio networks, the spectrum efficiency can improve furthermore. The optimization algorithm of the spectrum sensing estimation time is presented for the cognitive relay networks in this paper. The longer sensing time will bring two aspects of the consequences. On the one hand, the channel parameters are estimated more accurate so as to reduce the interferences to the authorized users and to improve the throughput of the cognitive users. On the other hand, it shortens the transmission time so as to decease the system throughput. In this time, it exists an optimal sensing time to maximize the throughput. The channel state information of the sub-bands is considered as the exponentially distributed, so a stochastic programming method is proposed to optimize the sensing time for the cognitive relay networks. The computer simulation results using the Matlab software show that the algorithm is effective, which has a certain engineering application value.

• 한국인터넷방송통신학회논문지
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• 제10권5호
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• pp.39-44
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• 2010

본 논문에서는 최근에 많은 주목을 받고있는 상황인지 시스템을 협동릴레이 시스템에 적용하였을 때 상황인지 협동 릴레이 시스템의 성능을 유도하였다. 협동 릴레이 시스템은 기회전송 릴레이를 채택하였을 때와 채택하지 않았을 때의 성능을 비교하였다. 특히 목적지에서 시스템 구현의 간편성 때문에 많이 채택하고 있는 선택 결합방식을 고려하였는데, 이 경우 필수적으로 발생되는 채널 상태 정보(CSI)를 주고받으면서 발생되는 지연의 영향을 고려하였다. 분석결과 기회전송 릴레이를 채택할 경우 기회전송 릴레이를 채택하지 않은 경우보다 주어진 조건에서 최대 0.6 dB 열화 되었으며, 시스템의 성능은 상황인지 릴레이의 주파수 획득 확률보다는 채널 상태정보의 지연에 더욱 민감한 영향을 받음을 알 수 있었다.

• 대한전자공학회논문지TC
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• 제44권5호
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• pp.33-39
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• 2007

본 논문은 cognitive radio (CR) 기능을 갖는 무선 멀티홉 릴레이 네트워크의 throughput 용량에 대한 연구 결과이다. 본 논문에서는 TDMA/FDMA에 기반한 프레임 구조를 갖는 릴레이가 기지국과 통신할 때 CR 기술을 이용하여 현재 사용되고 있지 않는 주파수 자원을 측정하여 동적으로 이용하는 시스템을 제안하고 이의 throughput 용량 모델을 제안 하였다. 특히, 본 논문에서는 Utilization factor를 이용하여 제안된 시스템을 위한 throughput 용량 모델을 제안하였다. 해석 모델링 결과 본 논문에서 제안한 CR 기반 멀티홉 릴레이 시스템은 throughput 용량을 매우 향상하는 결과를 보였다.

• Journal of Communications and Networks
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• 제18권3호
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• pp.288-298
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• 2016

Proactive relay selection in cognitive radio networks has recently received considerable attention. However, its outage probability analysis is limited to partially-identical fading distributions, uncorrelation among received signal-to-noise ratios (SNRs), and no direct channel. This paper completes this literature deficiency by generalizing the existing analysis for non-identical fading distributions, correlation among received SNRs, and with direct channel. Numerous results demonstrate that relay selection with a direct channel achieves a higher diversity order and superior performance than that without a direct channel at virtually no cost of power and bandwidth. Further, proactive relay selection suffers an error floor at either a large maximum transmit power or large maximum interference power; however, the error floor level can be significantly remedied with an increase in the number of relays.

• 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.

• 대한전자공학회논문지TC
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• 제48권3호
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• pp.28-35
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• 2011

고용량의 멀티미디어 데이터 전송이 비약적으로 늘어나는 차세대 이동통신 시스템에서 cooperative ARQ 기법은 단말의 QoS를 만족시키기 위한 효과적인 방법이다. 그러나 기존의 cooperative ARQ 기법은 수신노드의 feedback을 받아서 재전송을 하기 때문에 채널 변화가 극심한 MANET 환경에서는 실시간 전송을 보장하기 어렵다는 단점이 있다. 본 논문에서는 ad-hoc OFDMA 통신 네트워크에서 cognitive relay를 이용한 협력통신 기반 cooperative ARQ 재전송 기법을 제안한다. 제안된 기법에서는 송신노드가 전송한 신호의 SINR을 relay가 사전에 sensing함으로써, 수신노드가 feedback 신호를 전송하기 전에 협력 통신을 능동적으로 제안한다. 이를 통하여, 무선 채널의 변화에 따른 지연 분산 특성을 극소화함으로써 실시간 통신을 원활하게 한다. 또한, relay에서 협력 통신을 제안할 때, 잘못된 제안을 최소화하기 위하여 최적의 sensing threshold를 유지할 수 있도록 하는 적응적 sensing threshold 최적화 알고리듬을 제안한다. 모의실험을 통하여, 실시간 멀티미디어 데이터 전송 시스템에서 제안된 cooperative ARQ 재전송 기법이 기존의 알고리듬에 비하여 프레임 전달시간 및 프레임 손실률 측면에서 우수한 성능을 가짐을 확인하였다.

• 한국인터넷방송통신학회논문지
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• 제12권4호
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• pp.31-36
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• 2012

본 논문에서는 인지무선통신에서 중요한 기술 중 하나인 스펙트럼 센싱의 Hidden node의 문제나 셀룰라 시스템에서 셀 경계에서 CPE(Customer Premises equipments)의 낮은 SNR(Signal to Noise Ratio)로 인한 센싱 성능 저하를 해결하기 위해 CPE들의 협력 릴레이 기법을 사용한 협력 스펙트럼 센싱을 제안하고 검출확률 성능을 분석한다. 송신단과 수신단 사이의 릴레이(Relay) 적용된 협력 스펙트럼 센싱은 가상의 공간 다이버시티이득(Spatial Diversity Gain)을 얻을 수 있어 센싱 성능이 향상된다. 협력 통신 기법 중 다중안테나를 적용한 AF(Amplify and Forward) 고정형 중계기를 사용하여 다이버시티이득을 얻는 시스템 모델을 제안하고, 검출 성능 향상을 분석한다.