Performance Analysis of NOMA-based Cooperative Relaying in {\alpha} - {\mu} Fading Channels

Non-orthogonal multiple access (NOMA) is widely recognized as a potential multiple access technology for efficient radio spectrum utilization in the fifth-generation (5G) wireless communications standard. In this paper, we study the average achievable rate and outage probability of a cooperative relaying system (CRS) based on NOMA (CRS-NOMA) over wireless links governed by the $\alpha$-$\mu$ generalized fading model; here $\alpha$ and $\mu$ designate the nonlinearity and clustering parameters, respectively, of each link. The average achievable rate is represented in closed-form using Meijer's G-function and the extended generalized bivariate Fox's H-function (EGBFHF), and the outage probability is represented using the lower incomplete Gamma function. Our results confirm that the CRS-NOMA outperforms the CRS with conventional orthogonal multiple access (CRS-OMA) in terms of spectral efficiency at high transmit signal-to-noise ratio (SNR). It is also evident from our results that with an increase in the value of the nonlinearity/clustering parameter, the SNR at which the CRS-NOMA outperforms its OMA based counterpart becomes higher. Furthermore, the asymptotic analysis of the outage probability reveals the dependency of the diversity order of each symbol in the CRS-NOMA system on the $\alpha$ and $\mu$ parameters of the fading links.Comment: 16 pages, 7 figures, 1 table, accepted in IEEE International Conference on Communications (ICC) - 2019, Shangha

Secrecy Performance Analysis of Mixed α - μ and Exponentiated Weibull RF-FSO Cooperative Relaying System

Funding Information: This work was supported in part by the National Research Foundation of Korea—Grant funded by the Korean Government under Grant Ministry of Science and ICT-NRF-2020R1A2B5B02002478, and in part by Sejong University through its Faculty Research Program under Grant 20212023.Peer reviewedPublisher PD

On the Intercept Probability and Secure Outage Analysis of Mixed (α-κ-μ)-Shadowed and Málaga Turbulent Models

This work was supported in part by the National Research Foundation of Korea-Grant funded by the Korean Government (Ministry of Science and ICT) under Grant NRF 2020R1A2B5B02002478, and in part by Sejong University through its Faculty Research Program under Grant 20212023Peer reviewedPublisher PD

On the Performance of Terrestrial Free-Space Optical (FSO) Links under the Presence of Generalized Pointing Errors

En ambos grupos se han obtenido expresiones matemáticas en forma cerrada que permiten evaluar la capacidad en todo el rango de valores de SNR (Signal-to-Noise Ratio) en algunos casos y, en otros, solo ha sido posible obtener su comportamiento asintótico debido a la dificultad matemática que presentaba el análisis. A la luz de los resultados obtenidos, podemos concluir que los sistemas MISO FSO son probablemente la solución más interesante en comparación a los sistemas SIMO y MIMO FSO. Al mismo tiempo, los resultados obtenidos en comunicaciones cooperativas permiten concluir que los sistemas cooperativos basados en retransmisión DF son capaces de aumentar la capacidad e incluso mejorar a la capacidad obtenida por un sistema basado en diversidad espacial para determinadas posiciones del nodo retransmisor. En el caso de las contribuciones realizadas en el modelado de errores por desapuntamiento generalizado, los cuales siguen una distribución Beckmann, podemos destacar la aproximación propuesta en esta tesis que nos permite incluir de una forma eficiente y sencilla dichos errores por desapuntamiento al análisis de prestaciones de cualquier sistema de comunicaciones FSO. La herramienta propuesta es válida para analizar cualquier sistema FSO en términos de BER y probabilidad de outage y nos permite detectar qué efecto es dominante, es decir, si la turbulencia atmosférica o los errores por desapuntamiento. El efecto de la correlación también ha sido contemplado, concluyendo que no puede ser ignorado.Los sistemas de comunicaciones ópticas en espacio libre (FSO, Free-Space Optical) para aplicaciones terrestres se presentan en la actualidad como una solución muy interesante para solventar el importante reto provocado por la escasez del espectro RF (Radio-Frequency) disponible. Además, los sistemas FSO se configuran como una seria alternativa frente a otras tecnologías de acceso y transporte como los sistemas de RF debido a las altas tasas de señalización potencialmente muy superiores que se pueden conseguir. Estas ventajas, entre otras, han intensificado la investigación en estos sistemas en las últimas décadas. Por tanto, el análisis de sus prestaciones en términos de probabilidad de error de bit (BER, Bit Error-Rate), probabilidad de outage y capacidad ergódica es de interés relevante, siendo estas altamente afectadas por la turbulencia atmosférica, los errores por desapuntamiento entre transmisor y receptor así como por la niebla densa. En esta tesis, el análisis de las prestaciones de los sistemas FSO ha sido abordado, presentando novedosos resultados para la comunidad científica e investigadora. Dicho análisis de prestaciones se ha dividido en dos grandes áreas de investigación: análisis de la capacidad ergódica, y modelado de errores por desapuntamiento generalizado entre transmisor y receptor. Las contribuciones realizadas dentro del análisis de la capacidad ergódica están divididas en dos grupos: por un lado, el análisis de la capacidad de sistemas FSO avanzados basados en diversidad espacial tales como los sistemas MISO (Multiple-Input/Single-Output), SIMO (Single-Input/Multiple-Output) y MIMO(Multiple-Input/Multiple-Output) FSO; por otro lado, el análisis de la capacidad de sistemas cooperativos basados en retransmisión DF (Detect-and-Forward)

Composite and Cascaded Generalized-K Fading Channel Modeling and Their Diversity and Performance Analysis

The introduction of new schemes that are based on the communication among nodes has motivated the use of composite fading models due to the fact that the nodes experience different multipath fading and shadowing statistics, which subsequently determines the required statistics for the performance analysis of different transceivers. The end-to-end signal-to-noise-ratio (SNR) statistics plays an essential role in the determination of the performance of cascaded digital communication systems. In this thesis, a closed-form expression for the probability density function (PDF) of the end-end SNR for independent but not necessarily identically distributed (i.n.i.d.) cascaded generalized-K (GK) composite fading channels is derived. The developed PDF expression in terms of the Meijer-G function allows the derivation of subsequent performance metrics, applicable to different modulation schemes, including outage probability, bit error rate for coherent as well as non-coherent systems, and average channel capacity that provides insights into the performance of a digital communication system operating in N cascaded GK composite fading environment. Another line of research that was motivated by the introduction of composite fading channels is the error performance. Error performance is one of the main performance measures and derivation of its closed-form expression has proved to be quite involved for certain systems. Hence, in this thesis, a unified closed-form expression, applicable to different binary modulation schemes, for the bit error rate of dual-branch selection diversity based systems undergoing i.n.i.d. GK fading is derived in terms of the extended generalized bivariate Meijer G-function