International Journal of Computer Science & Network Security
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v.23
no.4
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pp.85-94
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2023
Image halftoning is a technique for varying grayscale images into two-tone binary images. Unfortunately, the static representation of an image-half toning, wherever each pixel intensity is combined by its local neighbors only, causes missing subjective problem. Also, the existing noise causes an instability criterion. In this paper an image half-toning is represented as a dynamical system for recognizing the global representation. Also, noise is reduced based on a probabilistic model. Since image half-toning is considered as 2-D matrix with a full connected pass, this structure is recognized by the dynamical system of Cellular Neural Networks (CNNs) which is defined by its template. Bayesian Rough Sets is used in exploiting the ideal CNNs construction that synthesis its dynamic. Also, Bayesian rough sets contribute to enhance the quality of the halftone image by removing noise and discovering the effective parameters in the CNNs template. The novelty of this method lies in finding a probabilistic based technique to discover the term of CNNs template and define new learning rules for CNNs internal work. A numerical experiment is conducted on image half-toning corrupted by Gaussian noise.
In this study, Radial Basis Function(RBF) Neural Networks Model, a kind of Hybrid Neural Networks was applied to hydrological forecasting in a small watershed. RBF Neural Networks Model has four kinds of parameters in it and consists of unsupervised and supervised training patterns. And Gaussian Kernel Function(GKF) was used among many kinds of Radial Basis Functions(RBFs). K-Means clustering algorithm was applied to optimize centers and widths which ate the parameters of GKF. The parameters of RBF Neural Networks Model such as centers, widths weights and biases were determined by the training procedures of RBF Neural Networks Model. And, with these parameters the validation procedures of RBF Neural Networks Model were carried out. RBF Neural Networks Model was applied to Wi-Stream basin which is one of the IHP Representative basins in South Korea. 10 rainfall events were selected for training and validation of RBF Neural Networks Model. The results of RBF Neural Networks Model were compared with those of Elman Neural Networks(ENN) Model. ENN Model is composed of One Step Secant BackPropagation(OSSBP) and Resilient BackPropagation(RBP) algorithms. RBF Neural Networks shows better results than ENN Model. RBF Neural Networks Model spent less time for the training of model and can be easily used by the hydrologists with little background knowledge of RBF Neural Networks Model.
We analyze a wideband spectrum in a cognitive radio (CR) network by employing the optimal adaptive multiband sensing-time joint detection framework. This framework detects a wideband M-ary quadrature amplitude modulation (M-QAM) primary signal over multiple nonoverlapping narrowband Gaussian channels, using the energy detection technique so as to maximize the throughput in CR networks while limiting interference with the primary network. The signal detection problem is formulated as an optimization problem to maximize the aggregate achievable secondary throughput capacity by jointly optimizing the sensing duration and individual detection thresholds under the overall interference imposed on the primary network. It is shown that the detection problems can be solved as convex optimization problems if certain practical constraints are applied. Simulation results show that the framework under consideration achieves much better performance for M-QAM than for binary phase-shift keying or any real modulation scheme.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.10
no.8
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pp.3585-3601
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2016
The error rate performance of circularly distributed antenna system is studied over Nakagami-m fading channels, where a dual-channel receiver is employed for the quadrature phase shift keying signals detection. To mitigate the Co-Channel Interference (CCI) caused by the adjacent cells and to save the transmit power, this work presents remote antenna unit selection transmission based on the best channel quality and the maximized path-loss, respectively. The commonly used Gaussian and Q-function approximation method in which the CCI and the noise are assumed to be Gaussian distributed fails to depict the precise system performance according to the central limit theory. To this end, this work treats the CCI as a random variable with random variance. Since the in-phase and the quadrature components of the CCI are correlated over Nakagami-m fading channels, the dependency between the in-phase and the quadrature components is also considered for the error rate analysis. For the special case of Rayleigh fading in which the dependency between the in-phase and the quadrature components can be ignored, the closed-form error rate expressions are derived. Numerical results validate the accuracy of the theoretical analysis, and a comparison among different transmission schemes is also performed.
We consider three different secure broadcasting scenarios: i) Broadcast channels with common and confidential messages (BCC), ii) multi-receiver wiretap channels with public and confidential messages, and iii) compound wiretap channels. The BCC is a broadcast channel with two users, where in addition to the common message sent to both users, a private message, which needs to be kept hidden as much as possible from the other user, is sent to each user. In this model, each user treats the other user as an eavesdropper. The multi-receiver wiretap channel is a broadcast channel with two legitimate users and an external eavesdropper, where the transmitter sends a pair of public and confidential messages to each legitimate user. Although there is no secrecy concern about the public messages, the confidential messages need to be kept perfectly secret from the eavesdropper. The compound wiretap channel is a compound broadcast channel with a group of legitimate users and a group of eavesdroppers. In this model, the transmitter sends a common confidential message to the legitimate users, and this confidential message needs to be kept perfectly secret from all eavesdroppers. In this paper, we provide a survey of the existing information-theoretic results for these three forms of secure broadcasting problems, with a closer look at the Gaussian multiple-input multiple-output (MIMO) channel models. We also present the existing results for the more general discrete memoryless channel models, as they are often the first step in obtaining the capacity results for the corresponding Gaussian MIMO channel models.
Broadcast nature of wireless medium and path-loss reduction create a favourable condition for collaborative communications (CC) among single-antenna users to gain the powerful benefits of multi-antenna system without the demand for physical arrays. This paper proposes a CC strategy adapting to the propagation environment changes by optimizing the transmit signal amplification factors to simplify the structure of maximum likelihood (ML) detector and to obtain the minimum error probability as well. The closed-form BER expression was also derived and compared to the simulation results to evaluate the performance of the suggested solution. A variety of numerical results revealed the cooperation significantly outperforms non-cooperative counterpart under flat Rayleigh fading channel plus AWGN (Additive White Gaussian Noise).
Lamahewa Tharaka A.;Simon Marvin K.;Kennedy Rodney A.;Abhayapala Thushara D.
Journal of Communications and Networks
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v.7
no.4
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pp.450-461
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2005
In this paper, we derive analytical expressions for the exact pairwise error probability (PEP) of a space-time coded system operating over spatially correlated fast (constant over the duration of a symbol) and slow (constant over the length of a code word) fading channels using a moment-generating function-based approach. We discuss two analytical techniques that can be used to evaluate the exact-PEPs (and therefore, approximate the average bit error probability (BEP)) in closed form. These analytical expressions are more realistic than previously published PEP expressions as they fully account for antenna spacing, antenna geometries (uniform linear array, uniform grid array, uniform circular array, etc.) and scattering models (uniform, Gaussian, Laplacian, Von-mises, etc.). Inclusion of spatial information in these expressions provides valuable insights into the physical factors determining the performance of a space-time code. Using these new PEP expressions, we investigate the effect of antenna spacing, antenna geometries and azimuth power distribution parameters (angle of arrival/departure and angular spread) on the performance of a four-state QPSK space-time trellis code proposed by Tarokh et al. for two transmit antennas.
We consider the use of error control coding in direct sequence-code-division multiple access (OS-COMA) systems that employ multiuser detection (MUO) and space diversity. The relative performance gain between Reed-Solomon (RS) code and convolutional code (CC) is well known in [1] for the single user, additive white Gaussian noise (AWGN) channel. In this case, RS codes outperform CC's at high signal-to-noise ratios. We find that this is not the case for the multiuser interference channel mentioned above. For useful error rates, we find that soft-decision CC's to be uniformly better than RS codes when used with DS-COMA modulation in multiuser space-time channels. In our development, we use the Gaussian approximation on the interference to determine performance error bounds for systems with low number of users. Then, we check their accuracy in error rate estimation via system's simulation. These performance bounds will in turn allow us to consider a large number of users where we can estimate the gain in user-capacity due to channel coding. Lastly, the use of turbo codes is considered where it is shown that they offer a coding gain of 2.5 dB relative to soft-decision CC.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.10
no.2
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pp.703-722
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2016
Passive wireless devices have increasing civilian and military applications, especially in the scenario with wearable devices and Internet of Things. In this paper, we study indoor localization of a target equipped with radio-frequency identification (RFID) device in ultra-wideband (UWB) wireless networks. With known room layout, deterministic multipath components, including the line-of-sight (LOS) signal and the reflected signals via multipath propagation, are employed to locate the target with one transmitter and a single inaccurate receiver. A factor graph corresponding to the joint posterior position distribution of target and receiver is constructed. However, due to the mixed distribution in the factor node of likelihood function, the expressions of messages are intractable by directly applying belief propagation on factor graph. To this end, we approximate the messages by Gaussian distribution via minimizing the Kullback-Leibler divergence (KLD) between them. Accordingly, a parametric message passing algorithm for indoor passive localization is derived, in which only the means and variances of Gaussian distributions have to be updated. Performance of the proposed algorithm and the impact of critical parameters are evaluated by Monte Carlo simulations, which demonstrate the superior performance in localization accuracy and the robustness to the statistics of multipath channels.
In this paper, we analyze the performance of code division multiple access (CDMA) systems with orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) that employ random spreading sequences in an additive white Gaussian noise (AWGN) channel. We obtain the probability density function (pdf) of the multiple access interference and extend the results to OFDM-CDMA systems to determine the pdf of multiple access and inter-carrier interference in terms of the number of users, the spreading length, the number of sub-carriers, and the frequency offset. We consider the synchronous downlink of cellular multi-carrier CDMA and derive a Gaussian approximation of the multiple access and inter-carrier interference. Overall the effect of frequency offset is shown to vary with the system loading. The analysis in this paper is critical for further development into fading channels and frequency selective multipath channels.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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