Cooperative beamforming has previously been proven to be an efficient way to improve the cooperative diversity. This method generally requires all relay nodes to participate in beamforming, which can be seen as "all participate" cooperative beamforming. However, not all relay nodes have constructive impacts on the end-to-end bit error rate (BER) performance. Based on this observation, we propose a new cooperative scheme which only selects those "appropriate" relay nodes to perform cooperative beamforming. Such relay nodes can be simply determined with mean channel gains. Therefore, the selection complexity is significantly reduced as global instantaneous channel state information is not required. This scheme guarantees that energy is only allocated to the "appropriate" relay nodes, and hence provides superior diversity. We also prove that power allocation among source and selected relay nodes is a convex problem, and can be resolved with lower computational complexity. Simulation results demonstrate that our scheme achieves an essential improvement in terms of BER performance for both optimal and limited feedback scenarios, as well as high energy-efficiency for the energy-constrained networks.
Wu, Victor K. Y.;Li, Ye (Geoffrey);Wylie-Green, Marilynn P.;Reid, Tony;Wang, Peter S. S.
Journal of Communications and Networks
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v.10
no.2
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pp.156-162
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2008
Cooperative relays can provide spatial diversity and improve performance of wireless communications. In this paper, we study subcarrier power allocation at the relays for orthogonal frequency division multiplexing (OFDM)-based wireless systems. For cooperative relay with amplify-and-forward (AF) and decode-and-forward (DF) algorithms, we investigate the impact of power allocation to the mutual information between the source and destination. From our simulation results on word~error-rate (WER) performance, we find that the DF algorithm with power allocation provides better performance than that of AF algorithm in a single path relay network because the former is able to eliminate channel noise at each relay. For the multiple path relay network, however, the network structure is already resistant to noise and channel distortion, and AF approach is a more attractive choice due to its lower complexity.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.10
no.5
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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.
In this paper, the optimal power control problem in a cooperative relay network is investigated and a new power control scheme is proposed based on a non-cooperative differential game. Optimal power allocated to each node for a relay is formulated using the Nash equilibrium in this paper, considering both the throughput and energy efficiency together. It is proved that the non-cooperative differential game algorithm is applicable and the optimal power level can be achieved.
The Journal of the Korea institute of electronic communication sciences
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v.15
no.6
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pp.1131-1136
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2020
Cooperative networks enhance the performance of communication systems by combining received signals from the several relay nodes where the source node transmits signals to relay nodes. In this paper, we analyze the effect of resource allocation in cooperative networks. We assume that the cooperative networks use the conventional modulation scheme between the source and relay nodes, and adopt space-time code between the relays and destination node. Both the synchronous and differential modulations are applied for the conventional scheme and differential modulation is used for the space-time code. We consider relay location and energy allocation for resource allocation, and the performance of cooperative networks depending on the number of relay is also investigated.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.10
no.12
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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.
This letter considers the problem of resource sharing among a relay and multiple user nodes in cooperative transmission networks. We formulate this problem as a sellers' market competition and use a noncooperative game to jointly consider the benefits of the relay and the users. We also develop a distributed algorithm to search the Nash equilibrium, the solution of the game. The convergence of the proposed algorithm is analyzed. Simulation results demonstrate that the proposed game can stimulate cooperative diversity among the selfish user nodes and coordinate resource allocation among the user nodes effectively.
The Journal of the Korea institute of electronic communication sciences
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v.10
no.6
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pp.671-676
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2015
Cooperative networks eliminate shadow area using relay and enhance communication performance by creating virtual multi input multi output (MIMO) system. In this paper, we analyze the performance of cooperative networks which use coherent modulation scheme in source-relay nodes and differential modulation scheme in relay-destination nodes depending on the relay location. We consider the performance analysis of systems with and without the direct transmission between source and destination node where the direct transmission adopts differential modulation scheme. In addition, the performance of the system with fully differential modulation scheme is compared with the system using partially differential modulation scheme. The performance of system is based on the symbol error rate between source and destination node.
Gao, Hongyuan;Zhang, Shibo;Du, Yanan;Wang, Yu;Diao, Ming
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.11
no.7
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pp.3501-3523
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2017
It is a classical integer optimization difficulty to design an optimal selection scheme in cooperative relay networks considering co-channel interference (CCI). In this paper, we solve single-objective and multi-objective relay selection problem. For the single-objective relay selection problem, in order to attain optimal system performance of cooperative relay network, a novel quantum differential evolutionary algorithm (QDEA) is proposed to resolve the optimization difficulty of optimal relay selection, and the proposed optimal relay selection scheme is called as optimal relay selection based on quantum differential evolutionary algorithm (QDEA). The proposed QDEA combines the advantages of quantum computing theory and differential evolutionary algorithm (DEA) to improve exploring and exploiting potency of DEA. So QDEA has the capability to find the optimal relay selection scheme in cooperative relay networks. For the multi-objective relay selection problem, we propose a novel non-dominated sorting quantum differential evolutionary algorithm (NSQDEA) to solve the relay selection problem which considers two objectives. Simulation results indicate that the proposed relay selection scheme based on QDEA is superior to other intelligent relay selection schemes based on differential evolutionary algorithm, artificial bee colony optimization and quantum bee colony optimization in terms of convergence speed and accuracy for the single-objective relay selection problem. Meanwhile, the simulation results also show that the proposed relay selection scheme based on NSQDEA has a good performance on multi-objective relay selection.
The Journal of the Korea institute of electronic communication sciences
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v.15
no.3
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pp.445-450
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2020
Cooperative networks provides the benefits of performance improvements and capacity increment when the source node transmits signal to the destination node using several relay nodes. In this paper, we consider the cooperative network where the transmission scheme between the source node and relay node use conventional binary signaling, whereas the transmission scheme between thee relay node and destination node adopt the differential space time coding signaling. We analyze the performance of the system depending on the modulation scheme, i.e., coherent and differential modulation, at the source-relay links. The performance depending on the relay location is also compared by considering modulation scheme and the number of relay node.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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