DMT Optimal Cooperative Protocols with Destination-Based Selection of the Best Relay

We design a cooperative protocol in the context of wireless mesh networks in order to increase the reliability of wireless links. Destination terminals ask for cooperation when they fail in decoding data frames transmitted by source terminals. In that case, each destination terminal D calls a specific relay terminal B with a signaling frame to help its transmission with source terminal S. To select appropriate relays, destination terminals maintain tables of relay terminals, one for each possible source address. These tables are constituted by passively overhearing ongoing transmissions. Hence, when cooperation is needed between S and D, and when a relay B is found by terminal D in the relay table associated with terminal S, the destination terminal sends a negative acknowledgment frame that contains the address of B. When the best relay B has successfully decoded the source message, it sends a copy of the data frame to D using a selective decode-andforward transmission scheme. The on-demand approach allows maximization of the spatial multiplexing gain and the cooperation of the best relay allows maximization of the spatial diversity order. Hence, the proposed protocol achieves optimal diversitymultiplexing trade-off performance. Moreover, this performance is achieved through a collision-free selection process

Outage and Rate Evaluation of Drone based Decode and Forward Cooperation for Hybrid Fading Channels

In this paper, we consider a drone as a relay in Cooperative Communication (CC) to improve the network performance in an upcoming wireless network. Drone Assisted CC (DACC) is more useful when the central coordinator (base station) gets disrupted. In such a scenario, the drone works as an aerial relay and provides CC diversity to the end-users. In this article, a Decode-and-Forward (DF) protocol is used as a relaying scheme at the drone, and the Maximal Ratio Combining (MRC) scheme is used at the end-users for combining the direct and relayed signal. Here, we assume Nakagami faded channel among Airto- Ground (A2G) links and Rayleigh faded distribution between Ground-to-Ground (G2G) links. The performance of DA-CC is evaluated in a hybrid channel environment and compared based on drone height, rate, horizontal distance, and transmitted power with the existing Rayleigh and Nakagami faded distributions. The analytical expression of outage probability and the rate have been derived for analysis purposes, and Monte-Carlo simulations are used to verify the analytical results. This work can have security and surveillance applications to improve the network performance in the absence of a central base station

Performance Analysis of AF Relaying With Selection Combining in Nakagami-m Fading

This paper investigates the performance analysis of a selection combining scheme, which utilizes a variable gain amplify and forward relay over a Nakagami-m fading channel. A selection combiner at a destination node chooses the better link between a relay channel and a direct channel. We derived exact closed-form expressions for moments of signal to noise ratio (SNR), ergodic capacity, and average symbol error probability. Simulation examples confirm that our exact formulas offer a more accurate analysis tool for selection combining than other prevailing approximations without extra complexity. The derived expressions serve as a useful tool for system design due to their validity for any SNR and arbitrary system parameters

Performance enhancement solutions in wireless communication networks

In this dissertation thesis, we study the new relaying protocols for different wireless network systems. We analyze and evaluate an efficiency of the transmission in terms of the outage probability over Rayleigh fading channels by mathematical analyses. The theoretical analyses are verified by performing Monte Carlo simulations. First, we study the cooperative relaying in the Two-Way Decode-and-Forward (DF) and multi-relay DF scheme for a secondary system to obtain spectrum access along with a primary system. In particular, we proposed the Two-Way DF scheme with Energy Harvesting, and the Two-Way DF Non-orthogonal Multiple Access (NOMA) scheme with digital network coding. Besides, we also investigate the wireless systems with multi-relay; the best relay selection is presented to optimize the effect of the proposed scheme. The transmission protocols of the proposed schemes EHAF (Energy Harvesting Amplify and Forward) and EHDF (Energy Harvesting Decode and Forward) are compared together in the same environment and in term of outage probability. Hence, with the obtained results, we conclude that the proposed schemes improve the performance of the wireless cooperative relaying systems, particularly their throughput. Second, we focus on investigating the NOMA technology and proposing the optimal solutions (protocols) to advance the data rate and to ensure the Quality of Service (QoS) for the users in the next generation of wireless communications. In this thesis, we propose a Two-Way DF NOMA scheme (called a TWNOMA protocol) in which an intermediate relay helps two source nodes to communicate with each other. Simulation and analysis results show that the proposed protocol TWNOMA is improving the data rate when comparing with a conventional Two-Way scheme using digital network coding (DNC) (called a TWDNC protocol), Two-Way scheme without using DNC (called a TWNDNC protocol) and Two-Way scheme in amplify-and-forward(AF) relay systems (called a TWANC protocol). Finally, we considered the combination of the NOMA and physical layer security (PLS) in the Underlay Cooperative Cognitive Network (UCCN). The best relay selection strategy is investigated, which uses the NOMA and considers the PLS to enhance the transmission efficiency and secrecy of the new generation wireless networks.V této dizertační práci je provedena studie nových přenosových protokolů pro různé bezdrátové síťové systémy. S využitím matematické analýzy jsme analyzovali a vyhodnotili efektivitu přenosu z hlediska pravděpodobnosti výpadku přes Rayleighův kanál. Teoretické analýzy jsou ověřeny provedenými simulacemi metodou Monte Carlo. Nejprve došlo ke studii kooperativního přenosu ve dvoucestném dekóduj-a-předej (Two-Way Decode-and-Forward–TWDF) a vícecestném DF schématu s větším počtem přenosových uzlů pro sekundární systém, kdy takto byl získán přístup ke spektru spolu s primárním systémem. Konkrétně jsme navrhli dvoucestné DF schéma se získáváním energie a dvoucestné DF neortogonální schéma s mnohonásobným přístupem (Non-orthogonal Multiple Access–NOMA) s digitálním síťovým kódováním. Kromě toho rovněž zkoumáme bezdrátové systémy s větším počtem přenosových uzlů, kde je přítomen výběr nejlepšího přenosového uzlu pro optimalizaci efektivnosti navrženého schématu. Přenosové protokoly navržených schémat EHAF (Energy Harvesting Amplify and Forward) a EHDF(Energy Harvesting Decode and Forward) jsou společně porovnány v identickém prostředí z pohledu pravděpodobnosti výpadku. Následně, na základě získaných výsledků, jsme dospěli k závěru, že navržená schémata vylepšují výkonnost bezdrátových kooperativních systémů, konkrétně jejich propustnost. Dále jsme se zaměřili na zkoumání NOMA technologie a navrhli optimální řešení (protokoly) pro urychlení datového přenosu a zajištění QoS v další generaci bezdrátových komunikací. V této práci jsme navrhli dvoucestné DF NOMA schéma (nazýváno jako TWNOMA protokol), ve kterém mezilehlý přenosový uzel napomáhá dvěma zdrojovým uzlům komunikovat mezi sebou. Výsledky simulace a analýzy ukazují, že navržený protokol TWNOMA vylepšuje dosaženou přenosovou rychlost v porovnání s konvenčním dvoucestným schématem používajícím DNC (TWDNC protokol), dvoucestným schématem bez použití DNC (TWNDNC protokol) a dvoucestným schématem v zesil-a-předej (amplify-and-forward) přenosových systémech (TWANC protokol). Nakonec jsme zvážili využití kombinace NOMA a zabezpečení fyzické vrstvy (Physical Layer Security–PLS) v podpůrné kooperativní kognitivní síti (Underlay Cooperative Cognitive Network–UCCN). Zde je zde zkoumán výběr nejlepšího přenosového uzlu, který užívá NOMA a bere v úvahu PLS pro efektivnější přenos a zabezpečení nové generace bezdrátových sítí.440 - Katedra telekomunikační technikyvyhově