Long-term Fading Statistics-Based Power Allocation for Fixed Decode-and-Forward Relays

공형윤,보 뉘웬 �o 바오,Kong, Hyung-Yun,Bao, Vo Nguyen Quae The Korea Institute of Information and Commucation 2008 韓國通信學會論文誌 Vol.33 No.12A

This paper considers 2-hop wireless cooperative communications networks with fixed decode-and-forward relays. Specifically, we first derive the closed-form BER expression for theoretically evaluating the end-to-end performance of these networks. Then, based on this expression and long-tenn fading statistics, we propose a power allocation method for source and relay. Such a method brings about multiple advantages in tenn of spectral efficiency and implementation complexity over other power allocation methods based on instantaneous fading statistics. A variety of numerical results reveal that the cooperative communications scheme with the proposed power allocation significantly outperforms that with the equal power allocation and the direct transmission scheme for any position of the relay subject to the same total transmit power constraint.

User-Cooperation and Cyclic Coding in Wireless Sensor Networks

공형윤,이동운,Khuong, Ho Van,Kong, Hyung-Yun,Lee, Dong-Un 한국정보처리학회 2006 정보처리학회논문지 C : 정보통신,정보보안 Vol.13 No.3

본 논문에서는 LEACH (Low-Energy Adaptive Hierarchy)를 사용한 무선센서네트워크에서 순환 부호를 사용하여 효율적인 사용자 협력 프로토콜을 제안한다. 제안한 시스템에서는 송수신단 간에 채널 상태 정보가 필요하지 않기 때문에 순환 부호를 부호화하는 것과 복호하는 것은 단순해지고 센서 노드의 처리 복잡도가 크게 줄어들 수 있다. 모의실험 결과를 통해서 순환 부호를 적용한 센서 네트워크는 단일 홉 전송의 비트오율 $10^{-4}$에서 네트워크 수명이 10dB까지 절약되는 것을 알 수 있었다. This paper presents an efficient user-cooperation protocol associated with cyclic coding for WSNs (Wireless Sensor Networks) using LEACH(Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy). Since the proposed user-cooperation requires no CSI(Channel State Information) at both transmitter and receiver, and encoding and decoding of cyclic codes are simple, the processing complexity of sensor nodes is significantly reduced. Simulation results reveal such a combination can save the network energy up to 10dB over single-hop transmission at BER of $10^{-4}$.

Power-and-Bandwidth Efficient Cooperative Transmission Protocol in Wireless Sensor Networks

공형윤,최정호,정휘재,Khuong, Ho Van,Kong, Hyung-Yun,Choi, Jeong-Ho,Jeong, Hwi-Jae 한국정보처리학회 2006 정보처리학회논문지 C : 정보통신,정보보안 Vol.13 No.2

단 논문에서 먼저 LEACH (Low-Energy Adaptive Hierarchy)를 사용한 무선센서네트워크에서 하나의 센서 노드가 다른 두 센서노드의 클러스터 헤드를 향한 데이터 전송을 도와주는 전력 및 대역폭에 효율성있는 협력 통신 프로토콜을 제안하고, 제안한 프로토콜의 closed-form BER(Bit Error Ratio)을 유도한다. 또한 이것이 복호 후 전송 프로토콜의 일반적인 BER 임을 보이고, 제안한 시스템이 기존의 복호 후 전송 프로토콜보다 더 높은 주파수 효율을 가지면서 동일한 성능을 나타내는 것을 보인다. 많은 수학적인 결과를 통해 직접 전송일 경우 BER이 $10^{-3}$에서 11dB까지 네트워크의 전력이 절약되는 것을 확인할 수 있다. In this paper, we first propose a power-and-bandwidth efficient cooperative transmission protocol where a sensor node assists two others for their data transmission to a clusterhead in WSNs (Wireless Sensor Networks) using LEACH (Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy). Then we derive its closed-form BER expression which Is also a general BER one for the decode-and-forward protocol (DF) and Prove that the proposed protocol performs as same as the conventional DF but obtains higher spectral efficiency. A variety of numerical results reveal the cooperation can save the network power up to 11dB over direct transmission at BER of $10^{-3}$.

MHCOC를 사용한 다중 부호 대역 확산 시스템과 적응성에 관한 연구

공형윤,남두희,Kong Hyung-Yun,Nam Doo-Hee 한국정보처리학회 2005 정보처리학회논문지 C : 정보통신,정보보안 Vol.12 No.6

본 논문에서는 초고속 전승을 위해 제안된 HCOC(High Capacity Orthogonal Code) 대역확산(Spread Spectrum) 시스템의 높은 PAPR(Peak power to Average Power Ratio)을 줄여주는 새로운 MHCOC (Mapped HCOC) 대역확산 기술을 제안하고, 같은 비트 수를 전송할 수 있는 기존의 MQAM 대역확산 시스템과 비교 분석한다. 또한 전송 채널의 상황에 따라 알맞은 데이터 서비스를 하는 QoS (Quality of Service)를 만족시키기 위해 제안한 시스템의 적응성에 대하여 연구한다. 컴퓨터 시뮬레이션을 통하여 제안한 시스템의 성능을 평가 및 분석하고, 기존의 시스템과 비교 분석한다. In this paper, we propose a novel MHCOC (Mapped High Capacity Orthogonal Code) SS(Spread Spectrum) technique that reduces high PAPR (Peak power to Average Power Ratio) of HCOC SS system which was proposed to support high data rate transmission, and we compare to the conventional modulation technique such as MQAM SS that can transmit the same number of symbols at the same time. Moreover, we study on adaptation of this system to satisfy QoS (Quality of Service) that services the proper data rate according to the propagation channel quality information. We perform computer simulation to verify the performance of the proposed system and analyze its availability.

무선네트워크의 협력통신을 위한 전송 무게(Transmit Weight) 최적화를 위한 연구

공형윤,Kong, Hyung-Yun,Ho, Van Khuong 한국정보처리학회 2005 정보처리학회논문지 C : 정보통신,정보보안 Vol.12 No.7

협력 통신 방법은 많은 사용자들 간의 다중접속이 있는 무선 환경에서, 물리적인 안테나 배열의 제약에 상관없이 다중 안테나 시스템의 강력한 장점을 얻을 수 있는 효과적인 방법이다. 본 논문에서는 수신단에서 송신단으로 궤환되는 채널 상태 정보(CSI)의 장점을 이용해 전송 전력이 제한된다는 가정하고, 최대우도 판정기 출력의 에러 확률을 최소화시키기 위해 상대 사용자 신호들의 전송 무게(Transmit Weight)를 최적화하는 방법을 제안한다. 제안한 시스템의 성능평가를 위해 레일리 주파수 비선택적 페이딩과 AWGN 채널이 합해진 채널에서 모의실험을 하였다. Cooperative communications among users in multiple access wireless environments is an efficient way to obtain the powerful benefits of multi-antenna systems without the demand for physical arrays. This paper proposes a solution to optimize the weights of partnering users' signals for the minimum error probability at the output of maximum likelihood (ML) detector under the transmit power constraints by taking advantage of channel state information (CSI) feedback from the receiver to the transmitter. Simulation programs are also established to evaluate the performance of the system under flat Rayleigh fading channel plus AWGN (Additive White Gaussian Noise).

웨이블릿 변환과 보간법을 이용한 OFDM 파일럿 지원 채널 추정기술

공형윤,남두희,Kong Hyung-Yun,Khuong Ho Van,Nam Doo-Hee 한국정보처리학회 2005 정보처리학회논문지 C : 정보통신,정보보안 Vol.12 No.5

본 논문에서는 웨이블릿 변환과 보간법을 이용하여 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)시스템을 위한 새로운 파일럿 지원 채널 추정 기법을 소개한다. 웨이블릿 변환의 AWGN(Additive White Gaussian Noise) 감쇄능력이 뛰어남으로 인해 파일럿 채널은 아주 정확하게 추정될 수 있고, 이렇게 추정된 파일럿 데이터는 남아있는 다른 데이터 심볼 채널에 대해 2차 다항식 보간법을 하는데 사용된다. Short WATM(Wireless Asynchronous Transfer Mode)채널에 대한 모의실험 결과를 통해, 이 추정기를 쓴 OFDM 시스템의 성능은 완벽한 CSI(Channel State Information)에서 발생하는 BER(Bit Error Ratio) 성능과 거의 비슷한 것을 확인할 수 있다. We present a novel pilot-aided channel estimation method for OFDM (Orthogonal Frequency Division Muitiplexing) system using WT(Wavelet transform) and interpolation. Due to excellent AWGN (Additive White Gaussian Noise) cancellation capability of n, pilot channels are estimated quite exactly and then, Dey are used in 2-degree polynomial interpolating the other remaining data symbol channels. The simulation results for Short WATM (Wireless Asynchronous Transfer Mode) channel show that the degradation in BER (Bit Error Ratio) performance of OFDM system iか this estimator is negligible compared to the case of perfect knowledge of CSI (Channel State Information).

호핑방식을 적용한 블록 인터리버을 이용한 터보코드의 성능분석

공형윤,Kong, Hyung-Yun 한국정보처리학회 2002 정보처리학회논문지 C : 정보통신,정보보안 Vol.9 No.6

현대 디지털 통신시스템에서 없어서는 안되는 중요한 요소 중의 하나가 오류정정부호화 기법이다. 본 논문에서는 디지털 통신 시스템에서 놀라운 성능으로 인하여 주목을 받고있는 터보코드에 비균일 인터리버의 일종인 호핑방식의 알고리즘을 적용한 인터리버를 터보코드에 적용하여 성능을 비교 분석하였다. 기존의 블록 인터리버는 메모리의 입력과 출력이 행과 열에 대해서 차례대로 이루어지는 반면, 호핑방식을 적용한 인터리버는 행과 열을 건너뛰면서 입출력이 이루어지므로 이중으로 인접 데이터간의 최소거리와 평균거리를 증가시킨다. 제안된 인터리버의 성능분석과 비교를 위해 가우시안 잡음 환경 하에서 컴퓨터 모의 실험을 하였다. Channel coding is one of the most important things to improve digital communications. In this paper, we analyze the performance of turbo code with block interleaver using hopping algorithm (i. e., non-linear interleaver) for high speed multi-media service. The input and output of conventional block interleaver is achieved by the order of column and row, but hoping algorithm is achieved by hopping the column and row that increase the minimum distance and average distance between the nearest data dually. To verify and compare the performance of an proposed method the computer simulation have been performed using turbo code in gaussian channel environment.

A Cooperative Signaling Structure using the ¾ - rate STBC in Wireless Networks with Rayleigh Fading Channels

공형윤,최정호,Khuong, Ho Van,Kong, Hyung-Yun,Choi, Jeong-Ho 한국정보처리학회 2006 정보처리학회논문지 C : 정보통신,정보보안 Vol.13 No.7

최근 협력통신은 안테나의 물리적인 배치 없이 공간 다중화를 얻을 수 있는 효과적인 방법으로 많은 주목을 받고 있다. 따라서 협력적인 위치를 가진 다중 안테나 시스템에서 잘 알려진 시공간 블록 코드(STBC, Space Time Block Code)는 분산환경 하의 단일 안테나 사용자들에게도 이용될 수 있다. 본 논문에서는 3/4 시공간블록 코드를 사용한 협력적인 신호 구조를 제안하고, 수학적으로 증명한 전송 전력 제한과 네트워크 기하학을 이용하여 이론상의 BER (Bit Error Ratio) 표현을 유도한다. 다양한 환경에서의 시뮬레이션과 잘 증명된 수학적인 결과는 파트너가 적절한 위치에 있을 때, 직접 전송보다 매우 성능이 우수한 협력 통신을 증명하였다. Cooperative communications (CC) have received a great deal of attention recently as an efficient way to obtain the spatial diversity without physical arrays. Thus, space-time block codes (STBC) which are well-known for use in co-located multi-antenna systems can be still utilized for single-antenna users in a distributed fashion. In this paper, we propose a cooperative signaling structure using the $\frac{3}{4}$-rate STBC and derive closed-form BER expression which takes the effect of network geometry and transmit power constraint into account. A variety of simulated and numerical results demonstrated the cooperation considerably outperforms the direct transmission when partners are located in appropriate positions.

Performance Analysis of Hybrid Decode-and-Forward Schemes for 2-hop Wireless Network

공형윤,Kong, Hyung-Yun The Korean Institute of Communications and Informa 2009 韓國通信學會論文誌 Vol.34 No.12a

본 논문에서는 하이브리드 복호 후 전달(HDF)기법을 이용하는 2홉 무선 통신 네트워크의 BER(Bit Error Rate) 성능을 분석한다. 기존의 HDF 기법은 릴레이에서 복호된 데이터의 전달유무를 수신되는 신호 대 잡음비(SNR)를 기준으로 한다. 반면 본 논문에서는 SNR 기준 방식 대신 대수 우도비(Log Likelihood Ratio, LLR) 분석 기법을 제안한다. 제안한 새로운 HDF 기법의 근사적 BER 표현식을 유도하며, Monte-Carlo 시뮬레이션으로 검증한다. 또한 HDF 기법을 위한 최적의 임계값을 계산한다. 다양한 수식으로 인한 결론은 본 논문에서 제안하는 LLR기반 HDF가 기존의 SNR기반 HDF보다 레일리 페이딩채널과 AWGN환경에서 어떠한 임계값과 어떠한 릴레이 위치에도 뛰어난 성능을 보임을 증명한다. This paper analyses BER (Bit Error Rate) performance of 2-hop wireless communications networks with hybrid decode-and-forward (HDF) relays. The conventional HDF method is usually based on the receive signal-to-noise ratio (SNR) for the relay to decide whether to forward the decoded data in order to obviate the erroneous detection at the relay. In contrast, we propose a new solution of using log-likelihood ratio (LLR) as an efficient alternative to SNR. The approximate BER expressions of different HDF schemes are also derived and verified by Monte-Carlo simulations. In addition, we compute the optimum thresholds for HDF schemes. A variety of numerical results demonstrate that the new LLR-based HDF significantly outperforms the SNR-based HDF for any threshold level and relay location under flat Rayleigh fading channel plus AWGN (Additive White Gaussian Noise).

Performance Analysis for Selection Decode-and-Forward Relay Networks with Differential Modulation over Rayleigh Fading Channels

공형윤,보 뉘엔 ?o 바오,Kong, Hyung-Yun,Bao, Vo Nguyen Quoc The Korean Institute of Communications and Informa 2010 韓國通信學會論文誌 Vol.35 No.1a

본 논문을 통해 i.n.d 레일리 패이딩 체널에서 서로 다른 변조/복조 기법을 사용하는 중계기들로 구성된 선택적 복호 후 재전송 네트워크의 성능평가를 보여준다. 본 논문은 i.i.d와 i.n.d 레일리 패이딩 채널 모두에서 선택적 복호 후 전송 프로토콜이 최대 다이버시티를 얻을 수 있다는 것을 보여준다. 또한 SC(selection combining)기법을 사용하는 시스템과 MRC(maximal ratio combining)기법을 사용하는 시스템의 성능을 비교하여 결합기술의 효과를 연구하였다. 높은 SNR에서 시뮬레이션 결과와 수식적 분석 결과가 정확하게 일치하는 것을 보여준다. This paper offers performance analysis of selection decode and forward (DF) networks with differential modulation/demodulation for an arbitrary number of relays in independent but not identically distributed Rayleigh fading channels. We have shown that the selection DF protocol with differential modulation can achieve full diversity in both independent identically distributed (i.i.d.) and independent but not identically distributed (i.n.d.) Rayleigh fading channels, and the performance loss due to using non-coherent detection is not substantial. Furthermore, we study the impact of combining techniques on the performance of the system by comparing a system that uses selection combining (SC) to one that uses maximum ratio combining (MRC). Simulations are performed and show that they match exactly with analytic ones in high SNR regime.