Kyeongjea Lee;Tae-Woo Kim;Sungyoon Cho;Kiwon Kwon;Dong Ku Kim
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.18
no.4
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pp.922-937
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2024
Maritime activities are on the rise, there is a growing demand for high-quality communication services that can cover larger areas. However, the transmission of high data rates to maritime users is challenging due to path loss from land base stations, which limits the transmission power. To overcome this challenge, researchers have been exploring the use of buoys in a marine environment as relays for communication technology. This paper proposes a simulation-based approach to investigate the impact of various beamwidths on communication performance when using a buoy as a relay. The objective is to determine the optimal beamwidth that yields the highest data rate for the target location. The approach is based on an offshore wave model where the direction of the buoy changes according to the height of the wave. The study investigates the performance of the relay in the downlink situation using receive beamforming, and the capacity at the user in the three-hop situation is verified using an amplify-and-forward (AF) relay that uses transmit beamforming to the user. The simulation results suggest that the beamwidth of the relay should be adjusted according to the wave conditions to optimize the data rate and relay position that satisfies a data rate superior to the direct path to the target position. Using a buoy as a relay can be a promising solution for enhancing maritime communications, and the simulation-based approach proposed in this paper can provide insights into how to optimize beamwidth for effective communication system design and implementation. In conclusion, the study results suggest that the use of buoys as relays for maritime communication is a feasible solution for expanding coverage and enhancing communication quality. The proposed simulation-based approach provides a useful tool for identifying relay beamwidths for achieving higher data rates in different wave conditions. These findings have significant implications for the design and deployment of communication systems in maritime environments.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.16
no.6
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pp.2094-2114
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2022
Due to the wide application of fifth generation communication, wireless sensor networks have become an indispensable part in our daily life. In this paper, we analyze physical layer security for two-way relay with energy harvesting (EH), where power splitter is considered at relay. And two kinds of combined methods, i.e., selection combining (SC) and maximum ratio combining (MRC) schemes, are employed at eavesdropper. What's more, the closed-form expressions for security performance are derived. For comparison purposes, this security behaviors for orthogonal multiple access (OMA) networks are also investigated. To gain deeper insights, the end-to-end throughput and approximate derivations of secrecy outage probability (SOP) under the high signal-to-noise ratio (SNR) regime are studied. Practical Monte-Carlo simulative results verify the numerical analysis and indicate that: i) The secure performance of SC scheme is superior to MRC scheme because of being applied on eavesdropper; ii) The secure behaviors can be affected by various parameters like power allocation coefficients, transmission rate, etc; iii) In the low and medium SNR region, the security and channel capacity are higher for cooperative non-orthogonal multiple access (NOMA) systems in contrast with OMA systems; iv) The systematic throughput can be improved by changing the energy conversion efficiency and power splitting factor. The purpose of this study is to provide theoretical direction and design of secure communication.
The deployment of an incremental hybrid decode-amplify and forward relaying scheme is a promising and superior solution for cellular networks to meet ever-growing network traffic demands. However, the selection of a suitable relaying protocol based on the signal-to-noise ratio threshold is important in realizing an improved quality of service. In this paper, an incremental hybrid relaying protocol is proposed using polar codes. The proposed protocol achieves a better performance than existing turbo codes in terms of capacity. Simulation results show that the polar codes through an incremental hybrid decode-amplify-and-forward relay can provide a 38% gain when ${\gamma}_{th(1)}$ and ${\gamma}_{th(2)}$ are optimal. Further, the channel capacity is improved to 17.5 b/s/Hz and 23 b/s/Hz for $2{\times}2$ MIMO and $4{\times}4$ MIMO systems, respectively. Monte Carlo simulations are carried out to achieve the optimal solution.
The Journal of the Institute of Internet, Broadcasting and Communication
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v.18
no.3
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pp.71-75
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2018
In this paper, we study the secrecy outage probability when using jammer in a relay system based on decode-and-forward. The jammer may be selected among the relays not selected to increase the security capacity in the physical layer so as to generate intentional noise. Jammer noise can equally interfere with the receiver and eavesdropper but can enhance the physical layer security by selecting an optimal jammer that makes the channel quality between the sender-eavesdropper links worse than the channel of the sender-receiver link. In this paper, we compute the theoretical formula of the secrecy outage probability with and without jammers, and compare the theoretical value with the simulation value to prove that the equation is valid.
The Journal of the Institute of Internet, Broadcasting and Communication
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v.18
no.2
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pp.49-54
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2018
In this paper, we study the secrecy outage probability when using cooperative diversity and jammer in a relay system based on decode-and-forward. MRC method is used in receiver and eavesdroppers to obtain cooperative diversity. To use the MRC technique, direct links between the sender and receiver, and between the sender and the eavesdropper are used, respectively. Jammers are used to generate intentional noise siganls to increase security capacity. Jammers generate intentional noise, degrading the channel quality of the eavesdropper and helping physical layer security be realized. The secrecy outage probability is used to evaluate security performance. Assume that the system is under the Rayleigh fading channel.
Kim, Yoon-Hyun;Yang, Jae-Soo;Ha, Kwang-Jun;Kim, Jin-Young
한국정보통신설비학회:학술대회논문집
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2009.08a
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pp.337-343
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2009
Information theory is one field of the applied mathematics quantitating the data in order to store data as many as in the medium or communicate through channel. it was released on the Shannon's paper, in 1948. With basis on this paper, It has been achieved dramatically development for communication, signal processing, and date procedure and transmission in the network In this paper, the basic concept of information theory is described through dealing with contents about meaning of information, entropy, and channel capacity. It is also handled how information theory is applied to the fields of sensor network, relay channel, MIMO system, and others.
Throughput and quality-of-service (QoS) over multi-cell environments are two of the most challenging issues that must be addressed when developing next generation wireless network standards. Currently, multiple-input/multiple-output (MIMO), inter-cell coordination and multi-hop relay technologies are viable options for improving channel capacity or coverage extension. Nevertheless, severe QoS degradation occurs in the outer region of multi-cells due to significant interference from neighboring cells or relay stations, thereby limiting overall performance. Therefore, we propose a scheme which adapted to hybrid relaying.
In existing literature on multiple-input multiple-output (MIMO) relaying communication systems, antenna selection is often implemented by maximizing the channel capacity or the output single-to-noise ratio (SNR). In this paper, we propose an energy-efficient low-complexity antenna selection scheme for MIMO relaying communication systems. The proposed algorithm is based on beamforming and maximizing the Frobenius norm to jointly optimize the transmit power, number of active antennas, and antenna subsets at the source, relaying and destination. We maximize the energy efficiency between the link of source to relay and the link of relay to destination to obtain the maximum energy efficiency of the system, subject to the SNR constraint. Compared to existing antenna selection methods forMIMO relaying communication systems, simulation results demonstrate that the proposed method can save more power in term of energy efficiency, while having lower computational complexity.
The Journal of the Institute of Internet, Broadcasting and Communication
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v.15
no.4
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pp.87-92
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2015
In this Paper, we proposed optimization of system performance, optimal splitting factor ${\alpha}$ applied to power splitting protocol with relay protocol with decode and forward undergo co-channel interference. We can possible to optimize and maximize the channel capacity of the receive performance and the efficiency of the network through optimal factor of splitting protocol. We verified BER performance and Channel capacity and Outage probability for the proposed scheme over Rayleigh fading through Monte-Carlo simulation.
The Journal of the Institute of Internet, Broadcasting and Communication
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v.14
no.4
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pp.45-50
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2014
In this paper, we proposed a method using the user mobile device to overcome the interference constraint without building a cooperative communication system. In addition, in order to mitigate interference, we apply the user mobile device selection method, and then exploit power allocation scheme in the user mobile device. The proposed protocol is analyzed in the Rayleigh fading environment, and the performance system is evaluated in terms of the bit error rate and the outage probability. The simulation results showed that when the proposed transmission algorithm is applied, the interference can be mitigated. Further, network overload problems can be solved in the weak channel interference. Therefore, we can increase the network capacity without additional relay.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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