Search citation statements
Paper Sections
Citation Types
Year Published
Publication Types
Relationship
Authors
Journals
This paper presents novel moment generating function (MGF)-and characteristic function (CHF)based frameworks for the EC performance analysis of a generic L p -norm diversity combining scheme under adaptive transmission policies. The considered system operates over generalized fading channels, a maximum delay constraint and under various channel state information (CSI) conditions. Depending upon the operational CSI, four policies are studied, namely: i) Constant power with optimal rate adaptation (ORA); ii) Optimal power and rate adaptation (OPRA); iii) Channel inversion with fixed rate (CIFR); and iv) Truncated CIFR (TIFR). The L p -norm diversity is a generic diversity structure which includes as special cases various well-known diversity schemes, such as equal gain combining (EGC), maximal ratio combining (MRC) and amplify-and-forward (AF) relaying. Under the ORA and OPRA policies, we derive single integral expressions for evaluating the EC of L p -norm diversity reception directly from the MGF or the incomplete MGF of the Signal-to-Noise-Ratio (SNR) at the receiver, respectively. For the EC performance evaluation of the EGC and AF relaying systems operating under the OPRA policy, a CHF-based approach which is computationally more efficient as compared to the MGF-based approach, is further presented. For the CIFR and TIFR policies, it is shown that the EC can be directly evaluated from the MGF or the CHF of the SNR at the receiver, respectively. Moreover, novel closed-form expressions for the EC performance under the ORA policy of dual branch L pnorm diversity receivers operating over Gamma shadowed generalized Nakagami-m fading channels are deduced. For this policy, a novel analytical approach for the asymptotic EC performance analysis is also Part of this work has been published in IEEE 87th Vehicular Technology Conference, 2018 (VTC Spring) [1].February 5, 2019 DRAFT 1 developed and evaluated, revealing how basic system parameters affect the overall system performance.The mathematical formalism is validated with selected numerical and equivalent simulation performance evaluation results, thus confirming the correctness of the proposed analytical methodology. Index TermsAmplify-and-forward transmission, delay constraints, diversity receivers, characteristic function, effective capacity, equal gain combining, fading channels, L p -norm combining, maximal ratio combining, moment generating function.Recently, EC performance studies have been carried out in connection with single-input singleoutput (SISO) systems, multiple-input single-output (MISO) systems with transmit maximal ratio combining (MRC) 1 and relaying systems employing the amplify-and-forward (AF) protocol, e.g. see [7]-[20]. Specifically, in [7], the EC of MISO systems assuming ORA policy and 1The SNR at the output of MISO receivers with transmit MRC is essentially the same as that obtained when MRC is employed in single-input multiple-out (SIMO) systems (divided by a factor equal to the number of transmitting antennas) and as such they will have t...
This paper presents novel moment generating function (MGF)-and characteristic function (CHF)based frameworks for the EC performance analysis of a generic L p -norm diversity combining scheme under adaptive transmission policies. The considered system operates over generalized fading channels, a maximum delay constraint and under various channel state information (CSI) conditions. Depending upon the operational CSI, four policies are studied, namely: i) Constant power with optimal rate adaptation (ORA); ii) Optimal power and rate adaptation (OPRA); iii) Channel inversion with fixed rate (CIFR); and iv) Truncated CIFR (TIFR). The L p -norm diversity is a generic diversity structure which includes as special cases various well-known diversity schemes, such as equal gain combining (EGC), maximal ratio combining (MRC) and amplify-and-forward (AF) relaying. Under the ORA and OPRA policies, we derive single integral expressions for evaluating the EC of L p -norm diversity reception directly from the MGF or the incomplete MGF of the Signal-to-Noise-Ratio (SNR) at the receiver, respectively. For the EC performance evaluation of the EGC and AF relaying systems operating under the OPRA policy, a CHF-based approach which is computationally more efficient as compared to the MGF-based approach, is further presented. For the CIFR and TIFR policies, it is shown that the EC can be directly evaluated from the MGF or the CHF of the SNR at the receiver, respectively. Moreover, novel closed-form expressions for the EC performance under the ORA policy of dual branch L pnorm diversity receivers operating over Gamma shadowed generalized Nakagami-m fading channels are deduced. For this policy, a novel analytical approach for the asymptotic EC performance analysis is also Part of this work has been published in IEEE 87th Vehicular Technology Conference, 2018 (VTC Spring) [1].February 5, 2019 DRAFT 1 developed and evaluated, revealing how basic system parameters affect the overall system performance.The mathematical formalism is validated with selected numerical and equivalent simulation performance evaluation results, thus confirming the correctness of the proposed analytical methodology. Index TermsAmplify-and-forward transmission, delay constraints, diversity receivers, characteristic function, effective capacity, equal gain combining, fading channels, L p -norm combining, maximal ratio combining, moment generating function.Recently, EC performance studies have been carried out in connection with single-input singleoutput (SISO) systems, multiple-input single-output (MISO) systems with transmit maximal ratio combining (MRC) 1 and relaying systems employing the amplify-and-forward (AF) protocol, e.g. see [7]-[20]. Specifically, in [7], the EC of MISO systems assuming ORA policy and 1The SNR at the output of MISO receivers with transmit MRC is essentially the same as that obtained when MRC is employed in single-input multiple-out (SIMO) systems (divided by a factor equal to the number of transmitting antennas) and as such they will have t...
The performance of the effective capacity metric under Fisher-Snedecor F fading channels is investigated. To this end, a novel exact closed-form expression for the effective capacity is derived. Furthermore, in order to gain more insight, a simple asymptotic expression at the high signal-to-noise ratio regime is also provided. Additionally, expressions for the effective capacity of the Nakagami-m and Rayleigh distributions are deduced from the proposed results as special cases. The analytical results are compared to Monte-Carlo simulations to prove the correctness of the analysis. The results show that fading has a more positive influence on effective capacity performance than shadowing.
Τα ασύρματα τηλεπικοινωνιακά συστήματα διαφοροποιούνται από τα ενσύρματα τηλεπικοινωνιακά συστήματα κυρίως λόγω δύο φαινομένων, των διαλείψεων και των παρεμβολών. Η αντιμετώπιση αυτών είναι κύρια πρόκληση για το σχεδιασμό των ασύρματων τηλεπικοινωνιακών συστημάτων. Με τη συνεχή εξάπλωση των ασύρματων επικοινωνιών, το φάσμα συχνοτήτων αποκτά όλο και μεγαλύτερη συμφόρηση. Επομένως, είναι απαραίτητη η χρήση μοντέρνων τεχνικών, όπως οι γνωσιακές επικοινωνίες, προκειμένου να ξεπεραστούν οι περιορισμοί των αποθεμάτων συχνοτήτων. Ταυτόχρονα, ο αυξανόμενος αριθμός των χρηστών κινητών συσκευών αλλά και σχετικών εφαρμογών, θέτει υψηλές προσδοκίες στο σχεδιασμό των ασύρματων τηλεπικοινωνιακών συστημάτων σχετικά με την ποιότητα των παρεχόμενων υπηρεσιών. Λαμβάνοντας υπόψη τους περιορισμούς και τις προσδοκίες που ανακύπτουν, οι ερευνητές έχουν προτείνει στο πρόσφατο παρελθόν διάφορα “state-of-the-art" συστήματα ώστε να παρέχουν καινοτόμες ασύρματες τηλεπικοινωνιακές λύσεις που θα ικανοποιούν τις ανάγκες που προκύπτουν. Παρόλα αυτά, η ανάλυση επίδοσης αυτών των συστημάτων, που είναι απαραίτητη για την αξιολόγηση της εφαρμοσιμότητάς τους, απαιτεί πολύπλοκους υπολογισμούς και σε κάποιες περιπτώσεις είναι σχεδόν αδύνατη με τις παραδοσιακές τεχνικές. Αυτή η διατριβή αρχικά παρουσιάζει κάποιες απαραίτητες έννοιες για το υπόβαθρο της περαιτέρω ανάλυσης της έρευνας που πραγματοποιήθηκε και της παρουσίασης των αποτελεσμάτων. Στη συνέχεια, στο κυρίως μέρος, θεωρεί σύγχρονα ασύρματα τηλεπικοινωνιακά συστήματα που απευθύνονται στις προκλήσεις των φαινομένων των διαλείψεων και των παρεμβολών καθώς και της ανεπάρκειας φάσματος αλλά και των αυστηρών απαιτήσεων για ποιότητα υπηρεσιών. Για αυτά τα συστήματα, προτείνει διαφορετικές καινοτόμες τεχνικές προκειμένου να υπολογιστούν με ακρίβεια οι αντίστοιχες επιδόσεις τους. Στη συνέχεια, στο πρώτο τμήμα του κυρίως μέρους της διατριβής, μελετάται ένα γενικό σύστημα διαφορισμού (generalized diversity) πραγματικού χρόνου που λειτουργεί σε γενικευμένα κανάλια διαλείψεων (fading) κάτω από διάφορους κανόνες προσαρμοσμένης εκπομπής (adaptive transmission schemes). Πιο συγκεκριμένα, παρουσιάζονται πλαίσια βασισμένα στη ροπογεννήτρια συνάρτηση (Moment Generating Function-MGF) και στη χαρακτηριστική συνάρτηση (Characteristic Function-CHF) για την ανάλυση της επίδοσης της αποτελεσματικής χωρητικότητας (Effective Capacity-EC) ενός γενικευμένου σχήματος διαφορισμού Lp νόρμας Lp-norm) κάτω από προσαρμοστικούς κανόνες εκπομπής. Το υπό θεώρηση σύστημα λειτουργεί σε γενικευμένα κανάλια διαλείψεων, υπό τον περιορισμό μέγιστης καθυστέρησης και κάτω από διαφορετικές συνθήκες πληροφόρησης συνθηκών καναλιού (Channel State Information-CSI). Ανάλογα με τη CSI κατά τη λειτουργία, μελετώνται τέσσερις κανόνες εκπομπής, πιο συγκεκριμένα οι εξής: i) Σταθερή ενέργεια με βέλτιστη προσαρμογή ρυθμού (Optimal Rate Adaptation-ORA), ii) Βέλτιστη προσαρμογή ενέργειας και ρυθμού (Optimal Power and Rate Adaptation-OPRA), iii) Αντιστροφή καναλιού με σταθερό ρυθμό (Channel Inversion with Fixed Rate-CIFR) και iv) ελαττωμένο CIFR (Truncated CIFR-TIFR). Ο διαφορισμός Lp νόρμας είναι μια γενικευμένη δομή διαφορισμού που περιλαμβάνει ως ειδικές περιπτώσεις αρκετά πολύ γνωστά σχήματα διαφορισμού, όπως το συνδυασμό ίσου κέρδους (Equal Gain Combining-EGC), το συνδυασμό μέγιστου λόγου (Maximal Ratio Combining-MRC) και την αναμετάδοση ενίσχυσης και προώθησης (Amplify and Forward-AF). Κάτω από τους κανόνες ORA και OPRA, εξάγονται εκφράσεις απλής ολοκλήρωσης για τον υπολογισμό της EC λήψης διαφορισμού Lp νόρμας, απευθείας από την MGF ή την ημιτελή MGF του λόγου σήματος προς θόρυβο (Signal-to-Noise Ratio-SNR) στο δέκτη, αντίστοιχα. Για τον υπολογισμό της EC συστημάτων EGC και AF που λειτουργούν κάτω από τον κανόνα OPRA, παρουσιάζεται μια προσέγγιση βασισμένη στη CHF, που είναι υπολογιστικά πιο αποτελεσματική σε σχέση με την προσέγγιση βασισμένη στην MGF. Αποδεικνύεται ότι η EC για τους κανόνες CIFR και TIFR μπορεί να υπολογιστεί απευθείας από την MGF ή τη CHF του SNR στο δέκτη, αντίστοιχα. Επιπροσθέτως, εξάγονται πρωτότυπες εκφράσεις κλειστού τύπου για τον υπολογισμό της EC δεκτών διαφορισμού διπλού κλάδου Lp νόρμας σε κανάλια διαλείψεων σκίασης γάμμα (gamma shadowed) και γενικευμένου Nakagami-m για τον κανόνα ORA. Επιπλέον, για τον κανόνα ORA, αναπτύσσεται κι αποτιμάται, μια πρωτότυπη αναλυτική προσέγγιση για την ασυμπτωτική ανάλυση επίδοσης της EC, αποκαλύπτοντας πώς σημαντικές λειτουργικές παράμετροι του συστήματος επηρεάζουν τη συνολική του επίδοση. Ο μαθηματικός φορμαλισμός επικυρώνεται με επιλεγμένα αριθμητικά και ισοδύναμα προσομοιωτικά αποτελέσματα αποτίμησης της επίδοσης, επιβεβαιώνοντας την ορθότητα της προτεινόμενης αναλυτικής μεθοδολογίας. Ακολούθως, στο δεύτερο τμήμα του κυρίως μέρους της διατριβής, μελετάται ένα γνωσιακό σύστημα διαμοιρασμού φάσματος δύο επιπέδων πολυπλεξίας διαίρεσης συχνότητας Vandermonde (Vandermonde Frequency Division Multiplexing-VFDM) σε κανάλια διαλείψεων, το οποίο επιτρέπει σε μη αδειοδοτημένους χρήστες τη χρησιμοποίηση του αδειοδοτημένου φάσματος. Πιο συγκεκριμένα, παρουσιάζεται μια αναλυτική ακριβής προσέγγιση της στατιστικής του λόγου σήματος προς παρεμβολές και θόρυβο (Signal-to-Interference plus Noise Ratio-SINR) του συστήματος VFDM σε κανάλια διαλείψεων Rayleigh επιλεκτικών ως προς τη συχνότητα. Αποδεικνύεται ότι η κατανομή γάμμα παρέχει την καλύτερη ακρίβεια προσαρμογής (fitting) καθώς και ότι η χρήση της οδηγεί σε απλές, αλλά ακριβείς εκφράσεις κλειστού τύπου για τον υπολογισμό της εργοδικής χωρητικότητας και της μέσης πιθανότητας σφάλματος bit (Average Bit Error Propability-ABEP) αυτών των συστημάτων. Για την εξαγωγή αυτών των εκφράσεων, οι παράμετροι της κατανομής γάμμα υπολογίζονται για διάφορες συνθήκες λειτουργίας του εξεταζόμενου συστήματος VDFM με τη χρήση της μεθόδου εκτίμησης μέγιστης πιθανοφάνειας (Maximum Likelihood Estimation-MLE). Επιπροσθέτως, με τη χρήση ανάλυσης παλινδρόμησης (regression analysis), εξάγονται προσεγγιστικές αναλυτικές εκφράσεις για τις παραμέτρους αυτές συναρτήσει των λειτουργικών παραμέτρων του συστήματος. Παρουσιάζονται αποτελέσματα εκτίμησης της επίδοσης για διάφορες υλοποιήσεις του συστήματος, συμπεριλαμβανομένων των προτύπων IEEE 802.11 και 3GPP LTE, προκειμένου να αποδειχθεί η εγκυρότητα και η εφαρμοσιμότητα της προτεινόμενης μεθοδολογίας. Η ακρίβειά της επιβεβαιώνεται με τη χρήση υπολογιστικών προσομοιώσεων.
scite is a Brooklyn-based organization that helps researchers better discover and understand research articles through Smart Citations–citations that display the context of the citation and describe whether the article provides supporting or contrasting evidence. scite is used by students and researchers from around the world and is funded in part by the National Science Foundation and the National Institute on Drug Abuse of the National Institutes of Health.
customersupport@researchsolutions.com
10624 S. Eastern Ave., Ste. A-614
Henderson, NV 89052, USA
This site is protected by reCAPTCHA and the Google Privacy Policy and Terms of Service apply.
Copyright © 2025 scite LLC. All rights reserved.
Made with 💙 for researchers
Part of the Research Solutions Family.