I n d on e s i an   Jo u r n al   o El e c t r i c al   En gi n e e r i n g   an d   C o m p u te r   S c i e n c e   V o l .   16 ,   N o .   2 N o v e m b e r   201 9 ,   pp.   803 ~8 11   IS S N :   2502 - 4752 ,   D O I :   10. 1 1591 / i j e e c s . v 1 6 .i 2 . pp803 - 811             803       Jou r n al   h o m e pa ge ht t p: / / i ae s c or e . c om / j our na l s / i nde x . php/ i j e e c s   Ou t a g e   p r o b a b i l i t y   a n a l y s i o f   d u a l   e n e r g y   h a r v e st i n g   r e l a y   n e t w o r k   o v e r   r a y l e i g h   f a d i n g   c h a n n e l   u s i n g     S C   a n d   M R C   t e c h n i q u e       V an - D u c   P h an 1 Tan   N .   N gu ye n 2 ,   M i n h   T r an 3 ,   Tr an   Th a n h   Tr an g 4   1 C e nt e r   o f   E xc e l l e nc e   f o r   A ut o m a t i o a nd   P r e c i s i o M e c ha n i c a l   E n g i ne e r i ng ,   N g u y e T a t   T ha nh   U n i v e r s i t y ,   V i e t na m   2 W i r e l e s s   C o m m uni c a t i o ns   R e s e a r c h   G r o up,   F a c ul t y   o f   E l e c t r i c a l   a nd  E l e c t r o ni c s   E ng i ne e r i ng ,     T o D uc   T ha ng   U n i v e r s i t y ,   V i e t na m   3 O pt o e l e c t r o ni c s   R e s e a r c G r o up ,   F a c ul t y   of   E l e c t r i c a l   a nd  E l e c t r o ni c s   E ng i ne e r i ng ,     T o D uc   T ha ng   U n i v e r s i t y ,   V i e t na m   4 F a c ul t y   of   E ng i ne e r i ng   a nd   T e c hno l o gy ,   V a H i e n   U n i v e r s i t y ,   V i e t na m       A r ti c l e   I n fo     A B S TR A C T     Ar t i c l e   h i s t or y :   R e c e i v e J a 11 ,   2 019   R e v i s e A pr   11 ,   2019   A c c e pt e M a y   9 ,   201 9       I n   t hi s   p a pe r ,   t he   s y s t e m   m o de l   o f   dua l - e ne r gy   ha r v e s t i ng   r e l a y   ne t w o r ov e r   R a y l e i g f a di ng   c ha nne l   a nd  t he   c o m pa r i s o b e t w e e S e l e c t i ng   C o m bi ni ng   ( S C )   a n M a x i m a l   R a t i o   C o m bi ni ng   ( M R C )   t e c hni q ue   c a s e s   a r e   pr o po s e a nd  i nv e s t i g a t e d.   T h e   c l o s e d - f o r m   e xpr e s s i o o f   t he   o ut a g e   pr o ba bi l i t y   f o r   t he   S C   c a s e   a nd  t he   i n t e g r a l - f o r m   e xpr e s s i o o f   t he   o ut a g e   pr o b a bi l i t y   f o r   M R C   c a s e   i s   d e r i v e d.   M o r e o v e r ,   t h e   i nf l ue nc e   o f   t he   m a i n   pa r a m e t e r s   o t h e   s y s t e m   pe r f o r m a nc e   i s   de m o ns t r a t e e n t i r e l y   b y   t he   M o nt e   C a r l o   s i m ul a t i o n.   F r o m   t he   r e s u l t s ,   w e   c a s e e   t ha t   a l l   s i m ul a t i o a nd  a na l y t i c a l   r e s ul t s   m a t c h   w e l l   w i t h   e a c o t he r .   Ke y w or ds :   D e c o de - a n d - f o r w a r d   (D F )   H a l f - dupl e (H D )   M a xi m a l   ra t i o   c o m b i n i n g   (M R C)   R e l a y i n n e t w o r k   S e l e c t i o n   c o m b i n i n g   (S C)   C opy r i gh t   ©   2019  I n s t i t ut e   o f   A dv anc e E ng i ne e r i ng   and   S c i e nc e .     A l l   r i gh t s   r e s e r v e d .   Cor r e s pon di n g   Au t h or :   T a N .   N guy e n   W i r e l e s s   Co m m u n i c a t i o n s   R e s e a r c G r o up,     F a c ul t y   of   E l e c t r i c a l   a n d   E l e c t r o n i c s   E n gi n e e r i ng,   T o n   D uc   T ha n g   U n i v e r s i t y ,   H o   Chi   M i nh   Ci t y ,   V i e t na m .   E m a i l :   n guy e n nha t t a n@ t d t u . e du. v n         1.   I N TR O D U C TI O N     N ow a da y s ,   t h e   f i f t h   ge n e ra t i o n   (5G n e t w o r t e c hn o l o g y   i s   t h e   b e s t   s o l ut i o n   f o r   t h e   n e a r   f ut u r e   c o m m uni c a t i o n   n e t w o r k.   H ow e ve r ,   i n c r e a s e   t h e   e n e r gy   e ff i c i e n c y   of   w i r e l e s s   c o m m u n i c a t i o n   n e t w o r ks   i s   t h e   c r i t i c a l   p r o b l e m ,   o n   w hi c h   a r e   s t r o n g l y   de p e n de t h e   e c on o m i c   a n e c o l o gi c a l   a s pe c t s   o f   5G   n e t w o r ks .     F o r   t hi s   t a r ge t ,   t w o   s o l ut i o n s   a r e   p r o po s e a n de m o n s t ra t e d.   F i r s t l y ,   t h e   o v e r a l l   e n e r gy   c o n s um pt i o of  f ut ur e   5G   n e t w o r s h a l l   n o t   e xc e e 10  pe r c e n t   o f   t h e   c urr e nt   us a ge .   S e c o n dl y ,   m uc h   l o n ge r   b a t t e r y   l i fe   f o r   m o b i l e   de v i c e s   i s   e xpe c t e [1 - 7 ].   S i g ni f i c a n t   t e c hn o l o gi c a l   s t e ps   w o ul ha v e   t o   be   t a ke n   s h o r t l y   fo r   t h i s   go a l   t o   be c o m e   a   r e a l i t y .   S e v e r a l   c a n di da t e   s o l ut i o n s   ha v e   be e n   pr o po s e l a t e l y   t o   m e e t   t h e   go a l s   a b ov e .   T e c hn o l o gi e s   b a s e o n   r a di o   f r e que n c y   ( R F )   e n e r gy   h a r v e s t i n g   (E H a n d   t ra n s f e r   h a v e   r e c e n t l y   b e e n   g a i ni n m o m e n t um .   W i t h   t h e s e   a pp r o a c h e s ,   f ut u r e   w i r e l e s s   de v i c e s   w o ul h a v e   t h e   c a pa b i l i t y   of   h a r v e s t i n e n e rg y   f r o m   s i gna l s   e m i t t e e i t h e r   by   a m b i e n t   o r   de di c a t e s o ur c e s   [1 - 7].   I n   t h e   l a s t   f e w   y e a r s ,   ra di o   f r e que n c y   (R F )   e n e r gy   h a r v e s t i ng  (E H a s   o n e   of   t h e   pr o m i s i n t e c hni que s ,   ha s   r e c e i v e d   m uc h   a t t e n t i o n ,   s i n c e   i t   c a n   p r o v i de   unl i m i t e po w e r   t o   t h e   s e n s o r   n o de s   w h i c h   s c a v e n ge   e n e r g y   f r o m   t h e   e n v i r o n m e nt   (i . e . ,   s o l a r,   w i n d ,   e t c . ) .   A m o n t h e s e ,   R F   e n e r gy   r a di a t e by   a m b i e n t   t ra n s m i t t e r s   i s   a l m o s t   ub i qui t o us ,   w h i c h   c a n   b e   h a r v e s t e m o r e   e ffe c t i ve l y   f r o m   w i r e l e s s   RF   s i gn a l s .   S i n c e   R F   s i gn a l   c a c a rr y   e n e r gy   a n i n f o r m a t i o n   s i m u l t a n e o us l y ,   e n e r gy   h a r v e s t i n ( E H a nd  s i m ul t a n e o us   w i r e l e s s   i n f o r m a t i o n   a n po w e r   t r a n s f e r   (S W IP T a r e   b e c o m i n a   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i ,   V o l .   16 ,   N o .   2 N o v e m be r   2 019   :     80 3   -   811     804   m o r e   a nd  m o r e   p r o m i s i ng  r e s e a r c di r e c t i o n   [1 - 7 ].   I n   t h e   l a s t   f e w   y e a r s ,   t h e   s y s t e m   pe r f o r m a n c e   o f   t h e   e n e r gy   h a r v e s t i n r e l a y   n e t w o r ha s   b e e n   c o n s i de r e i n   m a ny   s t udi e s .   [8]  i n v e s t i ga t e t h e   f ul l - dup l e e n e rg y   ha r v e s t i n r e l a y   n e t w o r w i t h   s i m ul t a n e o us   e n e r gy   h a r v e s t i n a n i n f o rm a t i o n   t ra n s m i s s i o n.   M o r e o ve r ,     t h e   de v e l o pm e n t   o f   c oo pe r a t i v e   p r o t o c o l s   fo r   e n e r gy   h a r v e s t i n r e l a y   n e t w o r i s   de e pl y   s t udi e i n   [9 - 10] .   F urt h e rm o r e ,   [11 - 12]   p r o po s e a   ha r v e s t - t h e n - t r a n s m i t   p r o t o c o l   f o r   a   m u l t i - us e r e l a y   n e t w o r k.   In   t hi s   w o r k,   t h e   o ut a ge   pr o b a b i l i t y   a n a l y s i s   of  dua l - e n e r gy   ha r v e s t i n r e l a y   n e t w o r ov e r   R a y l e i gh  f a di ng  c h a nn e l   us i n g   S e l e c t i o n   Co m b i n i n g   (S C)  a n M a xi m a l   R a t i o   Co m b i n i n g   (M R C)  t e c hni que   i s   pr e s e nt e a n d   i n v e s t i ga t e d .   F o de t a i l s   o n   t hi s   a na l y s i s ,   t h e   e n e r gy ,   a n d   i n f o r m a t i o n   a r e   t ra n s f e r r e d   f r o m   t h e   s o ur c e   t o   t h e   r e l a y   n o de s ,   a n d   a l l   c ha nn e l s   a r e   c o n s i de r e d   a s   t h e   R a y l e i gh   f a di n c h a nn e l s T h e   m a i c o n t ri b ut i o n s   o f   t h e   p a pe r   a r e   s u m m a r i z e a s   f o l l ow s :   a)   T h e   s y s t e m   m o de l   of   dua l - e n e r gy   h a r v e s t i ng  r e l a y   n e t w or o v e r   R a y l e i gh   f a di ng  c ha nn e l   a n t h e   c o m pa ri s o n   b e t w e e n   S e l e c t i o n   Co m b i ni n (S C)  a n M a xi m a l   R a t i o   Co m b i n i ng  (M R C)  t e c hn i que   c a s e s   a r e   p r o po s e d   a n d   i n v e s t i g a t e d.   b)   T h e   c l o s e d - fo r m   e xp r e s s i o n   of   t h e   o ut a ge   pr o b a b i l i t y   fo r   t he   S c a s e   a n d   t h e   i nt e g r a l - f o r m   e xp r e s s i o n   of   t h e   o ut a ge   p r o b a b i l i t y   fo r   t h e   M R c a s e   is   de r i v e d.     c)   T h e   i n f l ue n c e   of  t h e   m a i n   pa ra m e t e r s   o n   t h e   s y s t e m   p e r f o r m a n c e   i s   de m o n s t ra t e e n t i r e l y   by   t h e   M o n t e   Ca r l o   s i m ul a t i o n .   T h e   s t r uc t u r e   of   t h i s   pa pe r   i s   p r o po s e a s   f o l l ow s .   S e c t i on s   2   p r e s e n t s   t h e   s y s t e m   m o de l   of   t h e   r e l a y i n n e t w o r k.   S e c t i o n s   3   de r i v e s   t h e   s y s t e m   pe r fo r m a n c e   of   t h e   m o de l   s y s t e m .   S e c t i o n   4   pr o v i de s   n u m e r i c a l   r e s ul t s   a nd  s o m e   d i s c us s i o n s .   F i n a l l y ,   S e c t i o n   5   c on c l ude s   t h e   p a pe r .       2.   S Y S TE M   M O D EL   In   t h i s   s e c t i o n,   F i gu r e   p l o t s   t h e   s y s t e m   m o de l   of   t h e   dua l   e n e r gy   h a r v e s t i ng  (E H r e l a y i n n e t w o r ov e r   a   R a y l e i gh   f a di ng  c h a nn e l   w i t h   o n e   S o ur c e   (S ),   o n e   D e s t i n a t i o n   (D a n t w o   h e l pi ng  R e l a y   ( R 1   a n R 2 ).   M o r e ov e r ,   F i gu r e   i l l us t ra t e s   t h e   E H   a n In f o r m a t i o n   T ra n s m i s s i o n   (I T p h a s e s   of   t h e   m o de l   s y s t e m   w i t h   t h e   b l oc t i m e   T .   I n   t h e   f i r s t   i n t e r v a l   t i m e   (αT ) ,   t h e   R 1   a n R 2   ha r v e s t   e n e r gy   f r o m   t h e   s o ur c e   s i gna l ,   w h e r e   α  i s   t h e   t i m e   s w i t c h i n g   f a c t o r   α    (0,   1 ).   A f t e r   t ha t ,   i t h e   (1 - α) T / i nt e r v a l   t i m e ,   T h e   S   t ra n s f e r s   i n f o r m a t i o n   t o   t h e   R 1   a n d   R 2 .   I n   t h e   r e m a i ni n i n t e r v a l   t i m e   (1 - α)T / 2,   t h e   R 1   a n d   R 2   n o de   t r a n s f e i n f o r m a t i o n   t o   t h e   D .     A l l   t h e   f a di n c ha nn e l s   f r o m   S   t o   R   a n R   t o   D   a r e   p r o po s e d   a s   t h e   R a y l e i gh   f a d i n c ha nn e l s .   M o r e   de t a i l s   o t h e   a na l y t i c a l   m a t h e m a t i c a l   m o de l   o f   t h e   o ut a ge   p r o b a b i l i t y   a n t hr o ug h put   o f   t h e   s y s t e m   m o de l   is   p r e s e n t e d   a n a na l y z e i n   t h e   f o l l ow i n s e c t i o n s   [13 - 25].         E n e r g y   H a r v e s t i n g   ( E H ) I n f o r m a t i o n   t r a n s m i s s i o n   ( I T ) S D R 1 R 2   E H   a t   R 1 S   à R 1 S   à R 2 ( 1 - α ) T / 2 E H   a t   R 2 T R 1   à D R 2   à D α   T ( 1 - α ) T / 2       F i gu r e 1.   S y s t e m   m o de l   F i gu r e   2 .   T h e   po w e r   s pl i t t i n p r o t o c o l       2. 1 .       En e r g H a r v e s ti n P h as e   T h e   r e c e i v e s i gn a l   a t   R 1   c a b e   e xpr e s s e a s     1 1 1 r s r s r y h x n    (1)     W h e r e   s x   i s   t h e   t ra n s m i t   s i g na l   a t   t h e   s o ur c e   a n 2 ss xP   :   e xpe c t a t i o n   o pe r a t o r,   P s   i s   t r a n s m i t t i ng  po w e r   o f   t h e   s o ur c e ,   1 r n :   t h e   a d di t i v e   w h i t e   G a us s i a n   n o i s e   (A W G N a t   t h e   r e l a y   R 1   w i t h   z e r o - m e a n   a n d   v a r i a n c e   N 0 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i     IS S N :   2502 - 4752       O ut age   pr oba bi l i t y   anal y s i s   of   dua l   e ne r g y   har v e s t i ng   r e l ay   ne t w or k   ov e r   R ay l e i gh…   ( V an - D uc   P han )     805   T h e   h a r v e s t e e n e r gy   a t   R 1   c a b e   gi v e n   by     11 2 r s s r E T P h    (2)     F r o m   ( 2),   t h e   a v e r a ge   t ra n s m i t   po w e r   a t   R 1   c a b e   ob t a i n e a s     1 11 2 ( 1 ) / 2 r r s s r E P P h T    (3)     W h e r e   w e   de n o t e   2 1    01    i s   t h e   e n e r gy   c o n v e r s i o n   e ff i c i e n c y   a n 01    i s   t h e   t i m e   s w i t c h i n g   f a c t o r .   S i m i l a ri t y ,   t h e   r e c e i v e s i gna l   a t   R 2   c a n   b e   e xp r e s s e a s     2 2 2 r s r s r y h x n    (4)     W h e r e   2 r n i s   t h e   A W G N   a t   t h e   r e l a y   R 2   w i t h   z e r o - m e a n   a n d   v a ri a n c e   N 0 .   T h e   a v e ra ge   t ra n s m i t   po w e r   a t   R 2   c a b e   c l a i m e a s     2 22 2 ( 1 ) / 2 r r s s r E P P h T    (5)     2. 2 .     I n fo r m ati o n   tr an s m i s s i o n   p h as e   T h e   r e c e i v e s i gn a l   a t   D   f r o m   t h e   t ra n s m i t t e s i g n a l   o R 1   a n R 2   c a n   b e   e xpr e s s e a s   t h e     fo l l ow i n gs ,   r e s pe c t i v e l y .     1 1 1 2 2 2 d r d r d d r d r d y h x n y h x n     (6 )     W h e r e   12 , rr xx   a r e   t h e   t ra n s m i t   s i g na l   a t   t h e   r e l a y   R 1   a n R 2 ,   r e s pe c t i v e l y .   11 2 rr xP    a n d n i s   t h e   A W G N   a t   t h e   de s t i n a t i o w i t z e r o - m e a n   a n d   v a r i a n c e   N 0 .   A f t e r   r e c e i ve t h e   s i g na l   f r o m   S ,   t h e   s i g n a l   a t   t h e   r e l a y   R 1   w i l l   b e   a m pl i f i e by   a m pl i fy i n f a c t o a s     11 1 1 1 2 0 rr r s s r xP y P h N    (7)     S ub s t i t ut i ng  (1 a n d   (7)   i nt o   (6),   t h e   r e c e i ve s i g n a l   a t   t h e   de s t i n a t i o n   f r o m   R 1   c a b e   ob t a i n e a s     1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 11 11 d r d r d r d s r s r d s r r d s r d r d s i g n a l n o i s e y h y n h h x n n h h x h n n     1 4 4 4 4 2 4 4 4 4 3 1 4 4 4 4 4 2 4 4 4 4 4 3   (8)     T h e   e nd  t o   e n d   s i g na l   t o   n o i s e   (S N R r a t i o   o f   S - R 1 - D   l i n k   c a b e   c l a i m e d   a s   11 1 22 2 2 1 1 2 2 2 1 0 0 sr r d s rd signal h h P noise h N N    (9)     U s i n t h e   f a c t   t ha t   N 0 <<P r1 ,   t h e n,   s ub s t i t ut i ng  (3)  a n d   (7)   i nt o   (9),   t h e   (9)   c a b e   r e w r i t t e n   a s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i ,   V o l .   16 ,   N o .   2 N o v e m be r   2 019   :     80 3   -   811     806   11 1 22 1 2 1 sr r d rd hh h   (10)     W h e r e   w e   de n o t e   0 s P N      S i m i l a ri t y ,   t h e   S N R   o f   S - R 2 - D   l i n k   c a n   b e   o b t a i n e a s     22 2 22 2 2 1 sr r d rd hh h   (11)       3.   TH E   S Y S T EM   P ER F O R M A N C E   3. 1 .     S e l e c ti o n   C o m b i n i n (S C )   In   t h i s   s e c t i o n,   w e   c o n s i de r   t h e   di v e r s i t y   t e c h ni que   S a t   t h e   r e c e i v e r .   I n   t hi s   t e c hni que ,   t h e   de s t i na t i o w i l l   c h o o s e   t h e   b e s t   S N R   b e t w e e n   S - R 1 - D   a n d   S - R 2 - D   l i n k   H e n c e ,   t h e   e n d   t o   e n d   S N R   c a b e   gi v e n   by     2 1 2 m a x , SC ee   (12)     S ub s t i t ut i ng  (1 0)  a n d   (11)   i nt o   (12) ,   f i na l l y ,   t h e   e n d   t o   e n d   S N R   a t   D   c a b e   r e w r i t t e a s     1 1 2 2 12 2 2 2 2 2 22 m a x , 11 sr r d sr r d SC ee r d r d h h h h hh           (13)     O ut a ge   p r o b a b i l i t y   O P a na l y s i s     1 1 2 2 12 1 1 2 2 12 2 2 2 2 2 22 2 2 2 2 22 12 Pr Pr m a x , 11 Pr Pr 11 s r r d s r r d SC S C e e th th r d r d s r r d s r r d th th r d r d h h h h OP hh h h h h hh PP                      (14)     W h e r e   2 21 R th    i s   t h e   t hr e s h o l a n d   R   i s   t h e   t a r ge t   r a t e .   W e   de n o t e   a s     11 1 11 22 1 1 1 11 1 22 2 1 22 2 2 2 2 0 0 Pr Pr 1 | | ( ) s r r d s r r d th th th s r r d r d th th s r r d r d hh rd th th XY hh Ph hh F h f h d h h F X f Y d Y Y                      (15)     W h e r e   w e   de n o t e   11 22 , s r r d X h Y h  .   T h e t h e   (15)   c a b e   ob t a i n e a s     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i     IS S N :   2502 - 4752       O ut age   pr oba bi l i t y   anal y s i s   of   dua l   e ne r g y   har v e s t i ng   r e l ay   ne t w or k   ov e r   R ay l e i gh…   ( V an - D uc   P han )     807   1 1 1 11 11 1 0 0 1 e x p e x p 1 e x p e x p e x p th th r d s r r d s r th s r th r d r d P Y d Y Y Y d Y Y             (16)     W h e r e   11 , s r r d    a r e   t h e   m e a o f   t h e   r a ndo m   v a r i a b l e   11 22 , s r r d hh ,   r e s pe c t i v e l y .   A ppl y   e qua t i o (3. 324 , 1)  o f   t h e   t a b l e   o f   i nt e gra l   [26] ,   f r o m (1 6)  c a b e   r e f o r m ul a t e a s     1 1 1 1 1 11 1 2 e x p 2 s r th s r r d th s r r d th PK           (17)     W h e r e   () v K   i s   t h e   m o di f i e B e s s e l   f un c t i o n   o f   t h e   s e c o n ki nd   a nd  v th   o r de r .   S i m i l a ri t y ,   P 1 ,   P 2   c a b e   c l a i m e d   a s     2 2 2 2 2 21 1 2 e x p 2 s r th s r r d th s r r d th PK           (18)     F i na l l y ,   s ub s t i t ut i n g   (17) ,   ( 18)  i n t o   (14) ,   t h e   O P   by   us i n g   S t e c hn i q ue   c a n   b e   ob t a i n e a s     t h e   f o l l ow i n g     1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 1 1 1 2 e x p 2 1 2 e x p 2 s r th s r r d th s r r d th SC s r th s r r d th s r r d th O P K K                             (19)     3. 2 .     M ax i m al   R ati o   C o m b i n i n (M R C )   In   t h i s   t e c hni que ,   t h e   s i g n a l   a t   t h e   de s t i na t i o n   f r o m   S - R 1 - D   a n S - R 2 - D   l i n w i l l   b e   i n c o r po ra t e d.   H e n c e ,   t h e   e n d   t o   e n d   S N R   a t   t h e   de s t i n a t i o c a b e   e xpr e s s e a s     1 1 2 2 12 2 2 2 2 2 1 2 22 11 s r r d s r r d M R C ee r d r d h h h h hh       (20)     O ut a ge   p r o b a b i l i t y   a n a l y s i s     2 1 2 00 0 Pr Pr ( ) ( ) ( 0 ) ( ) t h t h th M R C M R C e e th th y yx x th x y OP f y d y f x d x F y F f y d y       (21)     W h e r e   w e   de n o t e   12 , xy   ,   a n d   1 ( ) P r P r x t h t h t h Fx .   S o ,   f r o m   (17) ,   e a s i l y   t o   ob s e r v e   t h a t   ( 0 ) 0 x F .   H e n c e ,   (21)   c a b e   r e w r i t t e n   a s   t h e   f o l l ow i n g     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i ,   V o l .   16 ,   N o .   2 N o v e m be r   2 019   :     80 3   -   811     808   0 () th M R C x th y O P F y f y d y    (22)     In   o r de r   t o   c a l c ul a t e   t h e   O P   i n   (2 2),   w e   h a v e   t f i n () y fy .   B a s e o n   t h e   de f i n i t i o n   o pr o b a b i l i t y   de n s i t y   f un c t i o (P D F a n d   c um u l a t i v e   di s t ri b ut i o f un c t i o (CD F ),   () y fy   c a b e   ob t a i n e a s     () () y y Fy fy y   (23)     U s i n (1 8),   w e   ha v e     2 2 2 2 2 21 ( ) P r 1 2 e x p 2 s r s r r d s r r d y y y y F y y K           (24)     U s i n t h e   f o r m ul a   1 ( ) ( ) vv vv d x K x x K x dx  f r o m   ( 23)  c a b e   r e fo r m u l a t e a s     2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 0 2 ( ) e xp 2 2 e xp 2 s r s r s r r d s r r d y s r r d s r s r r d y y y f y K yy K                   (25)     Co m b i n e   (17)   a n s ub s t i t ut i n g   (25)   i nt o   (22) ,   t h e   O P   o f   t h e   M R t e c hn i q ue   c a n   b e   c l a i m e a s     1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 0 1 2 e xp 2 2 e xp 2 2 e xp 2 s r th s r r d th s r r d th s r s r s r r d s r r d MRC s r r d s r s r r d y y y K y y y OP K yy K                             0 th dy                   (26)     T hr o ug h put   c a b e   c a l c ul a t e d   a s     ( 1 ) / 2 ( 1 ) 11 2 S C o r M R C S C o r M R C S C o r M R C R T R O P O P T     (27)       4.   N U M ER I C A R ES U LTS   A N D   D I S C U S S I O N   In   t h e   s i m u l a t i o n   s t a ge ,   w e   s e t   t ha t   1 1 2 2 0 . 5 , 1 , 1 . 5 , 2 s r r d s r s d .   T h e   i n f l ue n c e   of   t h e   e n e r gy   e ff i c i e n c y   c oe ff i c i e n t   η   o t h e   O P   a n t hr o ug h pu t   o f   t h e   m o de l   s y s t e m   a r e   p l o t t e i F i gu r e s   3   a nd  4 ,   r e s pe c t i v e l y .   A s   s h ow n   i n   t h e s e   F i gur e s ,   w e   c a n   s a y   t h a t   t h e   O P   f a l l s ,   b ut   t h e   t hr o ug h p ut   r i s e s   w i t h   t h e   ri s i n g   η  f r o m   t 1.   In   t h i s   s i m ul a t i o n   s t e p,   w e   s e t   R = 1,   b ps / H z ,   Δ= dB   a n α= 1.   It   c a n   b e   s e e n   t h a t   t h e   pe r f o r m a n c e   of   t h e   pr o po s e s y s t e m   w i t h   S t e c hni que   i s   be t t e r   t h a n   w i t h   t h e   M R t e c h ni que   a n t h e   s i m ul a t i o n   r e s ul t s   a r e   t h e   s a m e   a s   t h e   a na l y t i c a l   r e s ul t s .   I n   a   s i m i l a r   w a y ,   t h e   O P   a n t hr o ug h put   v e r s us   t h e   t i m e   s p l i t t i n f a c t o α  a r e   s h o w n   i F i gu r e s   5   a nd  6   w i t h   η = 0. 8 ,   Δ = 1,   5   dB   a n d   α= 0. 5 .   A s   s h o w n   i n   F i gu r e   5 ,   t h e   O P   h a s   a   c o n s i de r a b l e   de c r e a s e .   T h e   t hr o ug h p ut   r i s e s   w h e n   α  v a ri e s   f r o m   t o   0. a n t h e n   f a l l   c r uc i a l l y   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i     IS S N :   2502 - 4752       O ut age   pr oba bi l i t y   anal y s i s   of   dua l   e ne r g y   har v e s t i ng   r e l ay   ne t w or k   ov e r   R ay l e i gh…   ( V an - D uc   P han )     809   w i t h   α   f r o m   0 . t o   a s   pl o t t e i n   F i gu r e   6 .   T h e   o pt i m a l   v a l u e   of   t h e   s y s t e m   t hr o ug h p ut   c a n   b e   ob t a i n e a t   0 . of   α  a s   s h o w n   i n   F i gu r e   6 .   O n c e   a g a i n,   t h e   s i m ul a t i o a nd  a na l y t i c a l   r e s ul t s   a r e   t h e   s a m e .   M o r e ov e r ,   t h e   i n f l ue n c e   of   Δ  o n   t h e   O a n s y s t e m   t hr o ugh p ut   a r e   i l l us t ra t e i n   F i g u r e s   a n 8   w i t h   α = 0. 5,   0 . 85 ,   η= 0. a n Δ  v a ri e s   f r o m   - dB   t o   25  dB .   H e r e ,   w e   c a n   s e e   t h a t   t h e   O P   s i g n i f i c a nt   de c r e a s e s   a n t hr o ug h p ut   r i s e s   w i t h   ri s i n Δ .   A l s o ,   t h e   O P   a n s y s t e m   t hr o u g h pu t   v e r s us   R   i s   dr a w n   i n   F i gu r e s   a nd  10.   I t   c a b e   ob s e r v e t h a t   t h e   O P   i n c r e a s e s   a n d   t hr o ug h p ut   de c r e a s e   s i g n i f i c a n t l y   w h e n   t h e   R   v a ri e s   f r o m   0 . 5   t o   2. b i t / s / H z .   A f t e r   t h a t ,   t h e   O P   a n d   t hr o ug h p ut   h a v e   s l i g ht   c h a nge s   w h e R   i n c r e a s e s   f r o m   2. t o   5   b i t / s / H z .   I a l l   t h e   a b o ve   F i gs ,   t h e   s i m ul a t i o a n d   a n a l y t i c a l   re s ul t s   a g r e e   w i t e a c o t h e r.               F i gu r e   3 .   O P   v e r s us   η   F i gu r e   4 .   T hr o ug h put   v e r s us   η               F i gu r e   5 .   O P   v e r s us   α   F i gu r e   6 .   T hr o ug h put   v e r s us   α               F i gu r e   7 .   O P   v e r s us   Δ   F i gu r e   8 .   T hr o ug h put   v e r s us   Δ   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i ,   V o l .   16 ,   N o .   2 N o v e m be r   2 019   :     80 3   -   811     810           F i gu r e   9 .   O P   v e r s us   R   F i gu r e   10 .   T hr o ug h pu t   v e r s us   R       5.   C O N C LU S I O N   In  t hi s   p a pe r,   t h e   s y s t e m   m o de l   of   dua l - e n e r gy   h a r v e s t i ng  r e l a y   n e t w o r o v e r   R a y l e i gh   f a di ng  c h a nn e l   a n t h e   c o m pa r i s o n   b e t w e e n   S a n M R t e c hni que s   c a s e s   a r e   p r o po s e a n i n v e s t i g a t e d.     T h e   c l o s e d - fo r m   e xp r e s s i o o f   t h e   o ut a ge   p r o b a b i l i t y   f o r   t h e   S c a s e   a n t h e   i n t e g ra l - f o r m   e xp r e s s i o n s   o f   t h e   o ut a ge   pr o b a b i l i t y   fo r   M R c a s e   i s   de r i v e d.   M o r e o ve r ,   t h e   i n f l ue n c e   o f   t h e   m a i n   p a r a m e t e r s   o n   t h e   s y s t e m   pe r f o r m a n c e   i s   de m o n s t ra t e e n t i r e l y   by   t h e   M o n t e   Ca rl o   s i m u l a t i o n.   F r o m   t h e   r e s ul t s ,   w e   c a s e e   t ha t   a l l   s i m ul a t i o n   a n a na l y t i c a l   r e s ul t s   m a t c h   w e l l   w i t h   e a c h   o t h e r.   T h i s   pa pe r   p r o v i de s   a   n ov e l   r e c o m m e n d a t i o n   fo r   t h e   c o m m u n i c a t i o n   r e l a y i n n e t w o r s h o r t l y .       R EF ER EN C ES   [ 1]   Q .   W u,   G .   Y .   L i ,   W .   C h e n,   D .   W .   K .   N g ,   a n R .   S c ho be r ,   A O v e r v i e w   o f   S us t a i na bl e   G r e e 5G   N e t w o r ks ,   I E E E   W i r e l e s s   C om m u ni c at i on s ,   v o l .   24 ,   no .   4 ,   pp .   7 2 80 ,   201 7.   [ 2]   D .   N i y a t o ,   D .   I .   K i m ,   M .   M a s o ,   a nd  Z .   H a n ,   W i r e l e s s   P o w e r e C o m m uni c a t i o N e t w o r k s :   R e s e a r c D i r e c t i o ns   a nd  T e c hno l o g i c a l   A ppr o a c he s ,   I E E E   W i r e l e s s   C om m u ni c a t i o ns ,   v o l .   2 4,   no .   6,   p p.   88 97 ,   2017 .     [ 3]   T .   D .   P .   P e r e r a ,   D .   N .   K .   J a y a ko d y ,   S .   K .   S ha r m a ,   S .   C h a t z i no t a s ,   a nd  J .   L i ,   S i m ul t a ne o us   W i r e l e s s   I nf o r m a t i o a nd  P o w e r   T r a n s f e r   ( S W I P T ) :   R e c e nt   A dv a nc e s   a nd  F ut ur e   C h a l l e ng e s ,   I E E E   C om m un i c a t i ons   Su r v e y s   & am p;   T ut o r i a l s ,   v o l .   2 0,   no .   1,   p p.   26 4 30 2,   20 18 .   [ 4]   F .   D e   R a ng o   a nd   M .   T r o pe a ,   E ne r gy   s a v i ng   a nd   l o a ba l a nc i ng   i w i r e l e s s   a d   ho c   ne t w o r k s   t hr o ug a n t - ba s e d   r o ut i ng ,   I nt e r n at i on al   Sy m po s i um   on   P e r f or m an c e   E v al ua t i o o f   C om put e r   and  T e l e c om m uni c a t i o S y s t e m s   200 9,   SP E C T 2009 ,   pp .   117 - 12 4,   20 09.   [ 5]   Y u,   H .,   L e e ,   H . ,   &   J e o n,   H . ,   W ha t   i s   5G ?   E m e r g i ng   5G   M o bi l e   S e r v i c e s   a n N e t w o r R e q ui r e m e nt s ,   Sus t ai nab i l i t y ,   9 ( 10 ) ,   1 848 ,   2017 .   do i : 10. 3390 / s u910 1848 .   [ 6]   F .   d e   R a ng o ,   P .   L o ne t t i   a nd  S .   M a r a no ,   M E A - D S R :   A   m ul t i pa t h   e ne r gy - a w a r e   r o ut i ng   pr o t o c o l   f o r   w i r e l e s s   A d   H o c   N e t w o r ks ,   I F I P   I nt e r na t i ona l   F e de r at i on   f o r   I n f o r m at i on   P r o c e s s i n g,   V o l .   26 5,   pp .   215 - 22 5,   20 08 .   [ 7]   Y a o ,   Q . ,   H ua ng ,   A . ,   S ha n,   H . ,   Q ue k ,   T .   Q . ,   &   W a ng ,   W .   ( 2016 ,   0 7) .   A da pt i v e   ha r v e s t - t h e n - c oo pe r a t e :   D e l a y - a w a r e   w i r e l e s s   po w e r e d   c o m m uni c a t i o n e t w o r k s .   2 0 16  I E E E   17 t I nt e r na t i ona l   W or k s hop  on  Si gna l   P r oc e s s i ng   A dv an c e s   i W i r e l e s s   C om m u ni c at i on s   ( SP A W C ) .   do i : 10. 1109/ s pa w c . 2016 . 753 6862 .   [ 8]   G u,   Y . ,   C he n ,   H . ,   L i ,   Y . ,   &   V uc e t i c ,   B . ,   A a da p t i v e   t r a n s m i s s i o pr o t o c o l   f o r   w i r e l e s s - po w e r e c oo pe r a t i v e   c om m uni c a t i o ns ,   201 I E E E   I n t e r na t i o na l   C on f e r e nc e   on  C om m un i c at i on s   ( I C C ) ,   20 15,   do i : 10. 1109/ i c c . 2015 . 72 4898 6.   [ 9]   E .   C he n ,   M .   X i a ,   D .   B .   D .   C o s t a ,   a nd  S .   A i s s a ,   M ul t i - H o C oo pe r a t i v e   R e l a y i ng   W i t E ne r gy   H a r v e s t i ng   F r o m   Co - c ha nne l   I nt e r f e r e nc e s ,   I E E E   C om m uni c a t i o ns   L e t t e r s ,   v o l .   2 1,   no .   5 ,   pp.   1 199 1202 ,   201 7.   [ 10]   H ua ng ,   K . ,   &   L a u,   V .   K . ,   E na bl i ng   W i r e l e s s   P o w e r   T r a ns f e r   i C e l l ul a r   N e t w o r ks :   A r c hi t e c t u r e ,   M o de l i ng   a nd   D e pl o y m e nt ,   I E E E   T r ans ac t i o ns   on  W i r e l e s s   C o m m uni c at i on s ,   13 ( 2 ) ,   9 02 - 912 ,   201 4,   do i : 10. 1109/ t w c . 20 13 . 122 313 . 130 727 .   [ 11]   M a ,   Y . ,   C h e n,   H . ,   L i n,   Z . ,   L i ,   Y . ,   &   V uc e t i c ,   B . ,   D i s t r i b ut e d   r e s o ur c e   a l l o c a t i o f o r   p o w e r   be a c o n - a s s i s t e d   w i r e l e s s - po w e r e c o m m uni c a t i o ns ,   201 I E E E   I n t e r na t i o n al   C on f e r e nc e   on  C om m un i c a t i ons   ( I C C ) do i : 10. 1109/ i c c . 2015 . 72 4892 4.   [ 12]   P a r k ,   J . ,   J e o n,   Y . ,   &   H a n ,   S . ,   E n e r g y   B e a m f o r m i ng   f o r   W i r e l e s s   P o w e r   T r a ns f e r   i n   M I S O   H e t e r o g e ne o us   N e t w o r k   W i t h   P o w e r   B e a c o n,   I E E E   C om m u ni c at i o ns   L e t t e r s ,   21 ( 5) ,   116 3 - 1 166,   2 017 .   do i : 10. 1109 / l c o m m . 2017 . 26 5425 4.   [ 13]   C ha l i s e ,   B .   K . ,   Z ha ng ,   Y .   D . ,   &   A m i n ,   M .   G . ,   E n e r g y   ha r v e s t i ng   i a O S T B C   ba s e a m pl i f y - a nd - f o r w a r M I M O   r e l a y   s y s t e m ,   2 012  I E E E   I nt e r n at i on al   C o nf e r e nc e   on  A c ous t i c s ,   Spe e c and  S i g nal   P r o c e s s i ng  ( I C A SSP ) do i : 10. 1109/ i c a s s p. 2012 . 6 2885 96   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i     IS S N :   2502 - 4752       O ut age   pr oba bi l i t y   anal y s i s   of   dua l   e ne r g y   har v e s t i ng   r e l ay   ne t w or k   ov e r   R ay l e i gh…   ( V an - D uc   P han )     811   [ 14]   T ut unc uo g l u,   K . ,   &   Y e ne r ,   A . ,   C o o pe r a t i v e   e ne r gy   ha r v e s t i ng   c om m uni c a t i o ns   w i t r e l a y i ng   a nd  e ne r gy   s ha r i ng .   2013   I E E E   I nf or m a t i on   T he or y   W or k s h op   ( I T W ) .   do i : 10. 1109 / i t w . 2 013. 6691 280   [ 15]   K r i k i d i s ,   I . ,   T i m o t he o u,   S . ,   &   S a s a ki ,   S . ,   R F   E ne r gy   T r a ns f e r   f o r   C oo pe r a t i v e   N e t w o r k s :   D a t a   R e l a y i ng   o r   E ne r gy   H a r v e s t i ng ? ,”   I E E E   C om m un i c at i on s   L e t t e r s ,   16 ( 11 ) ,   17 72 - 1775 ,   2 012.   do i : 10. 11 09/ l c o m m . 2012 . 091 712 . 121 395   [ 16]   N i s h i m o t o ,   H . ,   K a w a h a r a ,   Y . ,   &   A s a m i ,   T . ,   A   pr o t o t y pe   i m pl e m e n t a t i o o f   a m bi e nt   R F   e ne r gy   ha r v e s t i ng   w i r e l e s s   s e ns o r   ne t w o r ks ,   20 10   I E E E   Se ns or s .   do i : 10. 1109 / i c s e ns . 2 010 . 56 9 0588   [ 17]   Z ha ng ,   R . ,   &   H o ,   C .   K . ,   M I M O   B r o a dc a s t i ng   f o r   S i m ul t a n e o us   W i r e l e s s   I nf o r m a t i o a n P o w e r   T r a ns f e r ,   I E E E   T r ans ac t i ons   on   W i r e l e s s   C om m un i c a t i ons ,   12 ( 5) ,   198 9 - 2001 ,   2013 .   do i : 10. 1109 / t w c . 2 013 . 03 1813 . 12 0224   [ 18]   P a r k ,   J . ,   &   C l e r c kx,   B . ,   J o i n t   W i r e l e s s   I nf o r m a t i o a n E ne r g y   T r a ns f e r   i a   T w o - U s e r   M I M O   I nt e r f e r e nc e   C ha nne l ,   I E E E   T r a ns a c t i on s   on  W i r e l e s s   C om m uni c at i on s ,   12 ( 8 ) ,   421 0 - 4221 ,   201 3.   do i : 10. 1109/ t w c . 20 13 . 071 913 . 130 084   [ 19]   T a N .   N g u y e n,   T . H . Q . M i nh ,   P huo ng   T .   T r a a nd   M i r o s l a v   V o z na k.   E ne r gy   H a r v e s t i ng   o v e r   R i c i a F a di ng   C ha nne l :   A   P e r f o r m a nc e   A na l y s i s   f o r   H a l f - D upl e B i di r e c t i o na l   S e ns o r   N e t w o r k s   unde r   H a r dw a r e   I m pa i r m e nt s .   Se ns or s 18 ,   2018 .   [ 20]   T a N .   N g u y e n,   T . H . Q . M i nh ,   P huo ng   T .   T r a a nd  M i r o s l a v   V o z na k.   A da pt i v e   E n e r g y   H a r v e s t i ng   R e l a y i ng  P r o t o c o l   f o r   T w o - W a y   H a l f   D upl e S y s t e m   N e t w o r o v e r   R i c i a F a di ng   C ha nne l .   W i r e l e s s   C om m u ni c at i on s   and   M ob i l e   C om pu t i ng ,   2 018 .   [ 21]   T i n ,   P hu  T r a n ,   T r a H o a ng   Q ua ng   M i nh ,   T a N .   N g u y e n,   a nd  M i r o s l a v   V oz na k.   " S y s t e m   P e r f o r m a nc e   A na l y s i s   o f   H a l f - D upl e R e l a y   N e t w o r o v e r   R i c i a F a di ng   C ha nne l ,   T E L K O M N I K A   ( T e l e c om m uni c at i on   C om pu t i ng   E l e c t r oni c s   an C ont r o l ) ,   16,   no .   1   ( 02,   2 018 ) :   189.   do i : 10. 129 28/ t e l ko m ni ka . v 16i 1. 7 491 .   [ 22]   R a s h i d,   T a r i q ue ,   S un i l   K um a r ,   A ks ha y   V e r m a ,   P r a t e e R a j   G a u t a m ,   a n A r v i nd  K um a r .   " P m - E E M R P :   P o s t ur a l   M o v e m e nt   B a s e E ne r gy   E f f i c i e nt   M u l t i - ho R o ut i ng   P r o t o c o l   f o r   I nt r a   W i r e l e s s   B o dy   S e ns o r   N e t w o r ( I nt r a - W B S N ) . "   T E L K O M N I K A   ( T e l e c om m uni c a t i on  C om put i ng   E l e c t r oni c s   and  C ont r o l ) ,   16,   no .   ( 02 ,   2 018 ) :   166.   do i : 10. 12928 / t e l ko m ni ka . v 16i 1 . 73 18.     [ 23]   A .   F .   M o r a b i t o ,   " P o w e r   S y nt he s i s   o f   M a s k - C o ns t r a i ne S h a pe B e a m s   T hr o ug M a x i m a l l y - S pa r s e   P l a n a r   A r r a y s , "   T E L K O M N I K A   ( T e l e c om m un i c a t i on   C om pu t i ng   E l e c t r o ni c s   and   C ont r ol ) ,   v o l .   14 ,   n .   4 ,   p p.   12 17 - 121 9,   20 16.     [ 24]   M c ka y ,   M a t t he w   R . ,   A l e J .   G r a n t ,   a n I a i B .   C o l l i ng s .   " P e r f o r m a nc e   A na l y s i s   o f   M I M O - M R C   i D o ubl e - C o r r e l a t e R a y l e i g E nv i r o nm e n t s . "   I E E E   T r ans ac t i o ns   o C o m m uni c at i on s   55 ,   no .   ( 03  2 007 ) :   497 - 507.   do i : 10. 1109/ t c o m m . 2007 . 892 450 .   [ 25]   T r a H o a ng   Q ua ng   M i n h.   " H y br i T i m e - P o w e r   S w i t c h i ng   P r o t o c o l   of   E ne r gy   H a r v e s t i ng   B i d i r e c t i o na l   R e l a y i ng  N e t w o r k:   T hr o ug hput   a nd  E r g o di c   C a pa c i t y   A na l y s i s . "   T E L K O M N I K A   ( T e l e c om m uni c a t i o C om p ut i ng   E l e c t r oni c s   an C ont r o l ) ,   16,   no .   5   ( 10,   2 018 ) :   189.   h t t p: / / d x. do i . o r g / 10. 12 928 / t e l ko m ni ka . v 16i 5 . 91 18 .   [ 26]   T a bl e   o f   I nt e g r a l s ,   S e r i e s ,   a nd   P r o duc t s ,   20 15 .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.