The Journal of the Institute of Internet, Broadcasting and Communication
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v.9
no.5
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pp.31-37
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2009
In the two-way relay channel, the relay employ Amplify-and-Forward (AF) or Decode-and-Forward (DF) protocol, and broadcast the network-coded signal to both user. In the system, DF protocol provides maximum throughput at low signal to noise ratio(SNR). On the other hand, at high SNR, AF protocol provides maximum throughput. The paper propose active transmission scheme which employ Amplify-and-Forward or Decode-and-Forward protocol based on received SNR at the relay over Two-way relay channel. The optimal threshold is investigated numerically for switching the protocol. Through numerical results, we confirm that the proposed scheme outperforms conventional schemes over two-way relay channel.
A decode-and-forward two-way relay system benefits from orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) and relay transmission. In this paper, we consider a decode-and-forward two-way relay system over OFDMwith two strategies: A joint subcarrier matching algorithm and a power allocation algorithm operating with a total power constraint for all subcarriers. The two strategies are studied based on average capacity using numerical analysis by uniformly allocating power constraints for each subcarrier matching group. An optimal subcarrier matching algorithm is proposed to match subcarriers in order of channel power gain for both transmission sides. Power allocation is defined based on equally distributing the capacity of each hop in each matching group. Afterward, a modified water-filling algorithm is also considered to allocate the power among all matching groups in order to increase the overall capacity of the network. Finally, Monte Carlo simulations are completed to confirm the numerical results and show the advantages of the joint subcarrier matching, power allocation and water filling algorithms, respectively.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.7
no.6
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pp.1418-1432
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2013
This paper studies the problem of secure information exchange between two sources via multiple relays in the presence of an eavesdropper. To this end, we propose a relay beamforming scheme, i.e., relay beamforming with artificial noise (RBwA), where the relay beamforming vector and the artificial noise vector are jointly designed to maintain the received signal-to-interference-ratio (SINR) at the two sources over a predefined Quality of Service (QoS) threshold while limiting the received SINR at the eavesdropper under a predefined secure threshold. For comparison, the relay beamforming without artificial noise (RBoA) is also considered. We formulate two optimization problems for the two schemes, where our goal is to seek the optimal beamforming vector to minimize the total power consumed by relay nodes such that the secrecy of the information exchange between the two sources can be protected. Since both optimization problems are nonconvex, we solve them by semidefinite program (SDP) relaxation theory. Simulation results show that, via beamforming design, physical layer secrecy of two-way relay networks can be greatly improved and our proposed RBwA outperforms the RBoA in terms of both low power consumption and low infeasibility rate.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.36
no.2C
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pp.57-64
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2011
A two-way relay channel is a bidirectional cooperative communication channel between two nodes using a relay. In many cooperative communication schemes, a relay transmits its data to each node using separate channels. However, in the two-way relay channel, a relay can broadcast the network-coded signal to both nodes in a same time slot, which can increase the system throughput. In this paper, a new cooperative network error correcting scheme using distributed turbo code in a two-way relay channel is proposed. The proposed scheme not only increases the system throughput using network code but also improves the performance by utilizing the LLR information from relay node and other user node through distributed turbo code. Also, a power allocation scheme is investigated for various channel conditions to improve the system performance.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.15
no.5
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pp.1944-1956
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2021
This paper considers a cellular two-way relay network with one base station (BS), one relay station (RS), and two users. The two users are far from the BS and no direct links exist, and the two users exchange messages with the BS via the RS. A non-orthogonal multiple access (NOMA) and network coding (NC)-based decode-and-forward (DF) two-way relaying (TWR) scheme TWR-NOMA-NC is proposed, which is able to reduce the number of channel-uses to three from four in conventional time-division multiple access (TDMA) based TWR approaches. The achievable sum-rate performance of the proposed approach is analyzed, and a closed-form expression for the sum-rate upper bound is derived. Numerical results show that the analytical sum-rate upper bound is tight, and the proposed TWR-NOMA-NC scheme significantly outperforms the TDMA-based TWR and NOMA-based one-way relaying counterparts.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.8
no.2
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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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v.8
no.10
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pp.3321-3341
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2014
This paper investigates the outage performance and optimization for the four-phase two-way transmission network with an energy harvesting (EH) relay. To enable the simultaneous information processing and energy harvesting at the relay, we firstly propose a power splitting-based two-way relaying protocol (PSTWR). Then, we discuss its outage performance theoretically and derive an explicit expression for the system outage probability. In order to find the optimal system configuration parameters such as the optimal power splitting ratio and the optimal transmit power redistribution factor, we formulate an outage-minimized optimization problem. As the problem is difficult to solve, we design a genetic algorithm (GA) based algorithm for it. Besides, we also investigate the effects of the power splitting ratio, the power redistribution factor at the relay, and the source to relay distance on the system outage performance. Finally, extensive simulation results are provided to demonstrate the accuracy of the analytical results and the effectiveness of the GA-based algorithm. Moreover, it is also shown that, the relay position greatly affects the system performance, where relatively worse outage performance is achieved when the EH relay is placed in the middle of the two sources.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.8
no.10
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pp.3409-3422
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2014
The frequency spectrum available for the wireless communication is extremely crowded. In order to improve the spectral efficiency, the two-way relay networks have aroused great attention. A simple $N^{th}$ best-relay selection criterion for the opportunistic two-way relay networks is proposed, which can be implemented easily by extending the distributed timer technique in practice, since the proposed criterion is mainly based on the channel gains. The outage performance of the proposed relay selection scheme is analyzed under the outdated channel state information (CSI), and a tight closed-form lower bound and asymptotic value of the outage probability over Rayleigh fading channels are obtained. Simulation results demonstrate that the tight closed-form lower bound of the outage probability very closely matches with simulated ones in the whole SNR region, and the asymptotic results provide good tight approximations to the simulation ones, especially in the high SNR region.
Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers
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v.50
no.1
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pp.27-33
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2013
In this paper, we propose a pilot based channel estimation technique in two-way relay networks. We propose to transmit a pilot symbol together with the data symbol during transmission. In absence of Channel State Information (CSI), destination uses the pilot symbol to estimate the channel. In this system, the relay amplifies the pilot and the data symbol then forward them to the destination using amplify and forward (AF) protocol. We assume that the relay gain is fixed, so the relay does not need to estimate the channel, the destination only estimate the channel. We apply well-known Least-square (LS) and minimum mean-square error (MMSE) channel estimation methods to estimate the channel.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.7
no.8
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pp.1955-1971
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2013
This paper studies relay selection and power allocation for amplify-and-forward (AF) based two-way relay networks (TWRN) with asymmetric traffic requirements (ATR). A joint relay selection and power allocation algorithm is proposed to decrease the outage probability of TWRN with ATR. In this algorithm, two sources exchange information with the help of the relay during two time slots. We first calculate the optimal power allocation parameters based on instantaneous channel state information (CSI), and then derive a tight lower bound of outage probability. Furthermore, we propose a simplified relay selection criterion, which can be easily calculated as harmonic mean of instantaneous channel gains, according to the outage probability expressions. Simulation results verified the theoretical analyses we presented. It is shown that the outage probability of our algorithm improves 3-4dB comparing with that of other existing algorithms, and the lower bound is tight comparing with actual value for the entire signal-to-noise ratio (SNR) region.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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