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 .   18 ,   N o .   1 A p r i l   20 20 ,   p p.   142 ~ 149   IS S N :   2502 - 4752 ,   D O I :   10. 1 1591 / i j e e c s . v 1 8 .i 1 . pp 142 - 149             142       Jou r n al   h o m e pa ge ht t p: / / i j e e c s . i a e s c or e . c om   Ou t a g e   p r o b a b i l i t y   a n d   e r g o d i c   c a p a c i t y   a n a l y si s   i n   p o w e r   sp l i t t i n g   b a sed  f u l l - d u p l e x   r e l a y i n g   n e t w o r k s o f   d o u b l e   r a y l e i g h   f a d i n g   c h a n n e l   f o r   v e h i c u l a r   c o m m u n i c a t i o n s       P h u   Tr an   T i n 1 D u y - H u n H a 2 ,   Q .   S .   V u 3 T r an   Th an h   T r an g 4   1 F a c ul t y   of   E l e c t r o ni c s   T e c hno l o gy ,   I ndus t r i a l   U n i v e r s i t y   of   H o   C hi   M i nh   C i t y ,   V i e t n a 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 F a c ul t y   of   E l e c t r o ni c s   a nd   A ut o m a t i o n,   H o ng ba ng   I nt e r na t i o na l   U ni v e r s i t y ,   V i e t na m   4 N a t i o na l   K e y   L a bo r a t o r y   o f   D i g i t a l   C o nt r o l   a nd   S y s t e m   E ng i n e e r i ng ,   V i e t n a 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 ul   3 ,   201 9   R e v i s e S e p   9 ,   2019   A c c e pt e O c t   2 ,   20 1 9       I t hi s   r e s e a r c h ,   w e   pr e s e nt   a n i nv e s t i g a t e   t he   s y s t e m   pe r f o r m a nc e   a n a l y s i s   i t e r m s   o f   t h e   o ut a g e   pr o ba bi l i t y   ( O P )   a nd  e r g o di c   c a pa c i t y   ( E C )   o f   t he   F u l l - dupl e ( F D )   r e l a y i ng   ne t w o r ks   v i a   do ub l e   R a y l e i g f a di ng   c ha nn e l .   I t hi s   s y s t e m   m o de l ,   w e   pr o po s e   t he   po w e r   s pl i t t i ng   ( P S )   p r o t o c o l   f o r   t he   v e hi c ul a r   c om m uni c a t i o ns   ne t w o r k.   F i r s t l y ,   w e   a n a l y z e   a nd  de r i v e   t he   i n t e g r a l   f o r m   o f   t he   s y s t e m   O P   a n E C .   T he n,   t h e   c o r r e c t ne s s   o f   t h e   O P   a nd  E C   e xpr e s s i o ns   a r e   v e r i f i e by   t he   M o nt e   C a r l o   s i m u l a t i o n .   F i na l l y ,   w e   c a s e e   t ha t   t he   a na l y t i c a l   a n t he   s i m ul a t i o r e s u l t s   a r e   m a t c he d   w i t h   e a c o t he r   i n   t he   c o nne c t i o w i t h   t he   m a i n   s y s t e m   p a r a m e t e r .   Ke y w or ds :   D o u b l e   ra y l e i gh   f a di ng  c h a nn e l   E n e rgy   h a r v e s t i n ( E H )   F ul l - dup l e (F D )   M o n t e   c a r l o   s i m u l a t i o n   R e l a y i n g   n e t w o r k   C opy r i gh t   ©   2020   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 :   D u y - H un H a ,     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   Ch i   M i nh  Ci t y ,   V i e t na m .   E m a i l :   h a d uy h un g @ t dt u . e du. v n       1.   I N TR O D U C TI O N     In   r e c e nt   y e a r s ,   w i r e l e s s   t r a n s m i s s i o n   h a s   e xpe r i e n c e ra pi de ve l o pm e n t .   R e l a y i n ha s   b e e n   p r o ve d   t o   b e   a n   e ff i c i e n t   w a y   t o   e xt e n t h e   c o v e r a ge   a r e a   o f   w i r e l e s s   n e t w o r ks   a n i n c r e a s e   t r a n s m i s s i o n   r e l i a b i l i t y   w i t h o ut   a d di t i o na l   t r a n s m i t   po w e r   a t   t h e   t r a n s m i t t e r s .   H ow e ve r ,   t h e   f o r w a r d i n o pe ra t i o n s   a t   t h e   r e l a y   s t i l l   r e qui r e   e xt r a   e n e r gy .   F o r   r e l a y   n o de s   p ow e r e by   l i m i t e pow e r   b a t t e ri e s   i n s t e a of   t h e   r e gul a r   pow e r   gr i d ,   s uc h   a s   m o b i l e   de v i c e s ,   s uc h   e xt r a   e n e r gy   c o n s um pt i o n   m a y   c a us e   s e r i o us   c o n c e r n s .   R e c e n t l y ,   h a r v e s t i n e n e r gy   f r o m   a m b i e nt   ra di o - f r e que n c y   ( R F )   e n e r gy   w a s   pr o po s e d,   a nd  i t   h a s   b e e n   w e l l   s t udi e d.   T h e   i de a   t h a t   r e c e i v i n i n f o r m a t i o n   a nd  h a r v e s t i n e n e r gy   s i m ul t a n e o us l y   i s   n o t   o n l y   a ppe a l i n b ut   a l s o   w o r t h   f urt h e r   i n v e s t i ga t i ng.   T h e   r e c e n t   w o r ks   s ugge s t e t h a t   d a t a   t r a n s m i t t i n a n b a t t e r y   c h a r g i n c o ul b e   f ul f i l l e a t   t h e   s a m e   t i m e ,   a n t h e r e f o r e ,   t h e   c o m b i n i n o f   e n e r gy   h a r v e s t i n m o dul e   a n r e l a y   c o ul be   a n   a v a i l a b l e   s o l ut i o n   o f   e xt r a   e n e r gy   c o n s um pt i o n   p r o b l e m   a t   t h e   r e l a y   [1 - 6].   R e c e n t l y ,   de pl oy i n e n e rgy   h a r v e s t i n (E H r e l a y s   t h a t   u t i l i z e   t h e   e n e r gy   ha r v e s t e f r o m   t h e   s o ur c e   s i gna l   f o r   da t a   t ra n s f e r   ha s   r e c e i v e c o n s i de ra b l e   a t t e n t i o n.   W i t h   E H   c a pa b i l i t i e s ,   r e l a y s   c a n   b e   i n s t a l l e c o n v e n i e n t l y   w i t h o ut   w i r i ng  c o s t   a n t h e   n e e fo r   b a t t e r y   r e pl a c e m e nt .   B e s i de s ,   s ub s t a n t i a l   t ra n s m i s s i o n   po w e r   c a n   b e   s a ve be c a us e   t h e   i n t e r - n o de   di s t a n c e   i s   s h o rt e n e us i ng  m u l t i h o t r a n s m i s s i o n s .   H ow e v e r ,   i n f o r m a t i o n   r e l a y i n c o n s um e s   a d di t i o na l   r e s o ur c e s   (i . e . ,   t i m e   a n d   b a ndw i dt h c o m pa r e t o   t h e   di r e c t   t r a n s m i s s i o n   a n d   h e n c e   s o m e   e a r l y   w o r h a s   b e e n   c o n duc t e 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   and  e r god i c   c a pac i t y   a nal y s i s   i po w e r   s pl i t t i n b as e d   f u l l - d upl e x   ( P hu  T r an  T i n )   143   fo c us i n o n   a s s e s s i n t h e   f e a s i b i l i t y   of   E H   r e l a y s .   T h e   ga i off e r e by   t h e   E H   r e l a y   b a s e o n   t i m e   s w i t c h i ng  r e l a y i n ( T S R i s   a n a l y z e t h e o r e t i c a l l y   i [7]   f o r   b o t h   de c o de - a n d - f o r w a r d   (D F a n a m pl i fy - a n d - f o r w a r d   (A F r e l a y i n m o de s   w i t h   a   s i g ni f i c a nt   g a i n.   T h e   E H   r e l a y   b a s e o n   D F   i s   a l s o   c o n s i de r e i [8] ,   w h e r e   t h e   r e l a y   d e t e r m i n e s   w h e t h e r   t o   pe r f o r m   E H   o r   i n f o r m a t i o n   r e l a y i n b e fo r e   t h e   s o ur c e   t r a n s m i s s i o n   a c c o r di n t o   a   g r e e d y   p o l i c y .   M o r e ov e r ,   a n   a na l y t i c a l   f r a m e w o r i s   p r o pos e i n   [9]  t o   e v a l ua t e   t h e   pe r f o r m a n c e   of   t h e   E H   r e l a y   b a s e o n   A F   f o r   b o t h   T S   a n d   po w e r   s pl i t t i n g   (P S p r o t o c o l s   un de t h e   e f f e c t   of   t h e   c r i t i c a l   s y s t e m   pa r a m e t e r s   s uc h   a s   n o i s e   v a r i a n c e s ,   s o ur c e   t o   r e l a y   di s t a n c e ,   t ra n s m i s s i o r a t e ,   a nd  e n e rgy   c o n ve r s i o e ff i c i e n c y .   M o r e ov e r ,   r e l a y   s e l e c t i o n   (R S i s   a   pr a c t i c a l   a pp r o a c h   t o   b a l a n c e   t h e   t ra de o ff   be t w e e n   r e l i a b i l i t y   i m p r o v e m e n t   a n d   s pe c t ra l   e f f i c i e n c y   l o s s   due   t o   i n f o r m a t i o r e pe t i t i o n   [1 0].   I n   [11] ,   t w o   R S   s c h e m e s   a i m i n g   t o   a t t a i n   t h e   o pt i m a l   t ra de o ff   be t w e e n   e n e r gy   t r a n s f e r   a n o ut a ge   p r o b a b i l i t y / e r go di c   c a pa c i t y   fo r   D F   r e l a y s   a r e   s t ud i e d.   In   t hi s   pa pe r ,   t h e   o ut a ge   pr o b a b i l i t y   (O P )   a n e r go di c   c a pa c i t y   (E C)  a n a l y s i s   of  t h e   F ul l - du pl e (F D r e l a y i n n e t w o r ks   v i a   do u b l e   R a y l e i gh   f a di n c ha nn e l   i s   pr o po s e a n i n v e s t i ga t e d.   W e   i n v e s t i ga t e   t h e   s y s t e m   m o de l   i n   t h e   po w e r   s pl i t t i ng  p r o t o c o l   fo r   t h e   v e h i c ul a r   c o m m u ni c a t i o n s   n e t w o r k.   T h e   i nt e gra l   f o r m   o O P   a n E i s   de r i v e i n   c o nn e c t i o n   w i t h   a l l   p r i m a r y   pa ra m e t e r s .   F i na l l y ,   t h e   a na l y t i c a l   e xpr e s s i o n s   a r e   v e r i f i e by   M o n t e   Ca r l o   s i m ul a t i o n .   F r o m   t h e   r e s e a r c h   r e s ul t s ,   w e   c a n   s t a t e   t ha t   t h e   a n a l y t i c a l   a n t h e   s i m ul a t i o n   r e s ul t s   a r e   m a t c h e w i t h   e a c h   o t h e r .   T hi s   pa p e r   c a n   p r o v i de   a   r e c o m m e n da t i o n   f o r   r e l a y i n g   c o m m uni c a t i o n   n e t w o r ks .   H e r e   a r e   t h e   m a i c o n t ri b ut i o n s   o t hi s   r e s e a r c h:   a)   T h e   F ul l - d upl e (F D r e l a y i n n e t w o r ks   v i a   do ub l e   Ra y l e i gh   f a di n c h a nn e l   i s   p r o po s e a n d   i n v e s t i ga t e   b)   T h e   i nt e g r a l   f o r m   o f   O P   a n E C   i s   de ri v e d.   c)   T h e   c o r r e c t n e s s   of  t h e   s y s t e m   pe r fo r m a n c e   i s   ve r i f i e d   by   t he   M o n t e   Ca rl o   s i m ul a t i o n   i n   t h e   c o nn e c t i o n   w i t t h e   m a i n   s y s t e m   pa ra m e t e r s .   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   fo l l ow s .   S e c t i o n s   2   s h o w s   t h e   s y s t e m   m o d e l   o t h 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   a na l y t i c a l   e xpr e s s i o n s   o O P   a n E o t h e   m o de l   s y s t e m .   S e c t i o n   4   gi v e s   n u m e ri c a l   r e s ul t s   a n d   s o m e   di s c us s i o n s .   F i na l l y ,   S e c t i on  5   c o n c l ude s   t hi s   r e s e a r c h.       2.   S Y S TE M   M O D EL   A s   s h o w n   i n   F i gu r e   1,   t h e   F D   r e l a y i n n e t w o r v i a   do ub l e   R a y l e i gh   f a di n c h a nn e l .   I n   F i gu r e   1,     t h e   s o ur c e   (S a n de s t i na t i o n   (D c o m m u n i c a t e   v i a   h e l p i n of   t h e   e n e rgy - c o n s t r a i n e i nt e rm e di a t e   r e l a y   ( R ).   T h e   P S   pr o t o c o l   of   t h e   s y s t e m   m o de l   i s   dr a w n   i n   F i gu r e   2 .   I n   F i gu r e   2,   w e   de n o t e   T   i s   t h e   b l o c t i m e   i w h i c h   t h e   S   f ul l y   t ra n s m i t   t h e   i n f o r m a t i o n   da t a   t o   t h e   D .   I t hi s   p r o t o c o l ,   t h e   R   h a r v e s t s   ρP s   e n e r gy   f r o m   t h e   S   a n us e   (1 - ρ)P s   e n e r gy   t o   t r a n s f e r   i n f o r m a t i o n   f r o m   t h e   S   t o   t h e   D .   H e r e ,   w e   de n o t e   ρ  i s   t h e   pow e r   s pl i t t i ng  f a c t o r ,   w hi c ρ     ( 0,   1)   [12 - 2 0].       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 SR h RD h RR h   E H   a t   R T S P I T :   S - > R - > D ( 1 ) S P       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 S 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   In  E H   p ha s e ,   t h e   r e c e i v e s i gna l   a t   t h e   R   n o de   i s     r s S R s r y P h x n    (1)     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 .   18 ,   N o .   1 A p r i l   20 20  :     1 4 2   -   1 4 9   144   W h e r e   s x   i s   t h e   e n e r gy   s y m bo l   a n m us t   b e   s a t i s f i e 2 1 s x    w h i c h  i s   t h e   e xpe c t a t i o n   o pe ra t o r.     P s   i s   t h e   t ra n s m i t   po w e r   of   s o ur c e   a nd  01  i s   po w e r   s pl i t t i n g   f a c t o r .   n r   i s   t h e   a ddi t i v e   w h i t e   G a us s i a n o i s e   (A W G N a t   t h e   r e l a y   n o de   w i t v a ri a n c e   N 0 .   h SR   i s   do u b l e   R a y l e i gh   c h a nn e l .   F r o m   ( 1),   t h e   a v e r a ge   t ra n s m i t t e po w e r   a t   t h e   R   c a n   b e   c a l c ul a t e by     2 r r s S R E P P h T     (2)     w h e r e   01  i s   e n e r g y   c o n ve r s i o e ff i c i e n c y .     2. 2 .      I n fo r m ati o n   tr an s m i s s i o n   p h as e   In  t h e   IT   p ha s e ,   t h e   r e c e i v e s i gn a l   a t   t h e   R   c a n   b e   gi v e a s     ( 1 ) r s S R s R R r r y P h x h x n   (3)     w h e r e   r x   i s   t ra n s m i t t e s i g na l   a nd  a l s o   m us t   b e   s a t i s f i e 2 1 r x    a n h RR   i s   l o o pb a c i n t e r f e r e n c e   c h a nn e l   a n m o de l e by   do u b l e   R a y l e i gh   c h a nn e l .       3.   TH E   S Y S T EM   P ER F O R M A N C E   In   o u r   m o de l ,   w e   m o s t l y   fo c us   o n   de c o de   a n f o r w a r d   (D F p r o t o c o l .   H e n c e ,   t h e   s i g na l   t o   i n t e r f e r e n c e   n o i s e   ra t i o   (S IN R a t   t h e   r e l a y   c a b e   ob t a i n e a s   f r o m   (3) ,     2 1 2 0 ( 1 ) s S R r R R Ph P h N   (4)     s ub s t i t ut i ng  (2 i n t o   (4) ,   1   c a b e   r e f o r m ul a t e d   a s     1 2 1 RR h    (5)     In  t hi s   t i m e   s l o t   a l s o ,   t h e   r e c e i v e s i gna l   a t   t h e   de s t i na t i o c a b e   e xpr e s s e a s     d r R D r d y P h x n    (6)     w h e r e   n d   i s   t h e   A W G N   a t   de s t i na t i o n   n o de   w i t h   v a r i a n c e   N 0 .   h RD   i s   c h a nn e l   ga i n   b e t w e e n   R - D   l i n k   a n d   m o de l e by   d o ub l e   R a y l e i gh   c ha nn e l .   F r o m   ( 6),   t h e   S IN R   a t   t h e   de s t i n a t i o n   c a b e   c l a i m e a s     2 2 0 r R D Ph N   (7)     s ub s t i t ut i ng  (2 i n t o   (7) ,   2   c a b e   r e w r i t t e n   a s     22 2 S R R D hh    (8)     3. 1 .   E r go d i c   C ap ac i ty  (EC an al ys i s   In   t h i s   s e c t i o n,   w e   n e e t o   e v a l ua t e   t h e   e r go di c   c a pa c i t y   f r om   t h e   s o ur c e   t o   r e l a y   r C   a nd  f o r   r e l a y   t de s t i na t i o n   l i n d C   i n   o r de r   t o   c a n   o b t a i n   t h e   c a pa c i t y   of   t h e   s y s t e m m i n , D F r d C C C .   A f t e r   t h a t   r C a n d d C a r e   gi v e by   t h e   f o l l o w i n g   e qua t i o n s   a s   i [13 ] .   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   and  e r god i c   c a pac i t y   a nal y s i s   i po w e r   s pl i t t i n b as e d   f u l l - d upl e x   ( P hu  T r an  T i n )   145   1 0 1 ( ) 1 l n 2 1 r Fx C dx x   (9)     2 0 1 ( ) 1 l n 2 1 d Fx C dx x   (10)     A t   f i r s t ,   w e   ha v e   t o   f i n t h e   c um u l a t i v e   de n s i t y   f un c t i o (CD F f o r   (9)  a nd  (10 ),   r e s pe c t i v e l y .   F o l l ow e by   de f i n i t i o o f   CD F ,   w e   h a v e   1 1 ( ) P r F x x    a n d 2 2 ( ) P r F x x  .   R e m a r k   1.   T h e   p r 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 nd  c u m ul a t i v e   di s t r i b ut i o n   f un c t i o (CD F o do ub l e   R a y l e i gh   c ha nn e l .   A s   s h o w n   i n   [20 ],   t h e   CD F   a nd  P D F   of   t h e   r a ndo m   v a ri a b l e   (R V 22 , SR RD hh a n 2 RR h   c a n   b e   o b t a i n e d   a s ,   r e s pe c t i v e l y .     22 10 ( ) 1 2 2 , ( ) 2 2 ii hh F x x K x f x K x   (11)     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 o f   t h e   s e c o n k i n d   a nd  v th   o r de r   a n d   ,, i S R R D R R   F r o m   ( 9),   w e   w i l l   f i nd  1 () Fx   a s   f o l l ow i n gs :     1 1 ( ) P r F x x    (12)     s ub s t i t ut i ng  (5 i n t o   (12 ),   w e   h a v e :     1 ( ) =  ( 1  |  | 2 < ) =  ( |  | 2 > 1 ) = 1  ( |  | 2 1 ) = 1 |  | 2 ( 1 )   (13)     c o m b i n e   (1 1),   (13)   c a b e   r e f o r m ul a t e d   a s :     1 1 11 ( ) 2 2 F x K xx           (14)     s ub s t i t ut i ng  (1 4)  i n t o   (9 ),   t h e   E C   b e t w e e n   S - R l i n c a b e   o b t a i n e a s :     1 0 11 1 2 2 1 l n 2 1 r K xx C d x x           (15)     a ppl y   1 , 1 0 1 , 1 0 1 | 1 Gx x   i [21]   E q ua t i o n   9 . 3 ,   w h e r e   , , . | . . . mn pq G i s   t h e   M e i j e r   f u n c t i o n .   In   (15)   c a n   b e   r e w r i t t e n   a s   t h e   f o l l ow i n g :     1 , 1 0 1 , 1 0 1 0 1 1 1 | 1 2 2 l n 2 r C G x K d x xx               (16)     s i m i l a r,   f r o m   (1 0)  w e   ha v e :     2 22 22 2 22 22 0 ( ) P r P r P r | ( ) RD SR S R R D S R R D h h R D R D F x x h h x xx h F h y f y d y hh    (17)     c o m b i n e   (1 1),   (17)   c a b e   c l a i m e 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 .   18 ,   N o .   1 A p r i l   20 20  :     1 4 2   -   1 4 9   146   2 10 0 ( ) 1 4 2 2 xx F x K K y d y yy        (18)     s ub s t i t ut i ng  (1 8)  i n t o   (1 0),   w e   ha v e :     1 , 1 0 1 , 1 0 1 0 00 4 | 2 2 l n 2 d xx C G x K K y d x d y yy           (19)     f i n a l l y ,   w e   c a n   o b t a i t h e   e n d   t o   e n E C   o f   t h e   s y s t e m   a s   t h e   fo l l ow i n g   :     1 , 1 0 1 , 1 0 1 0 1 , 1 0 1 , 1 0 1 0 00 1 1 1 | 1 2 2 , l n 2 m in 4 | 2 2 l n 2 G x K d x xx C xx G x K K y d x d y yy                                (20)     3. 2 .   O u tage   p r o b ab i l i ty   (O P )   an al ys i s   T h e   O P   o f   t h e   s y s t e m   c a n   b e   de f i n e a s       2 1 2 Pr Pr m in , e e th th OP     (21)     w h e r e   2 1 2 m i n , ee   a n d   21 R th    i s   t h e   t hr e s h o l d,   R :   s o u r c e   ra t e .   S ub s t i t ut i ng  (7 ),   (8)   i nt o   (21) ,   f i na l l y ,   w e   h a v e     22 2 22 2 1 Pr m in , 1 1 Pr Pr S R R D th RR th S R R D th RR O P h h h hh h                   (22)     t h e   f i r s t   t e rm   o f   (22)  c a b e   c o m put e a s     2 1 2 1 1 1 1 Pr Pr 1 2 2 th R R th th th RR hK h                  (23)     a n t h e   s e c o n t e rm   o f   (22)c a b e   c a l c ul a t e d   a s     2 2 2 2 P r 1 P r S R R D t h S R R D t h h h h h   (24)     a ppl y   t h e   r e s ul t   o f   (18),   (24)   c a n   b e   r e f o r m ul a t e a s     22 10 0 P r 4 2 2 t h t h S R R D t h h h K K y d y yy         (25)     s ub s t i t ut i ng  (2 3),   (25)   i n t o   (22) ,   f i na l l y ,   t h e   O P   o f   t h e   s y s t e m   c a n   b e   c l a i m e a s     1 1 0 0 11 1 4 1 2 2 2 2 t h t h t h t h O P K K K y d y yy                    (26)         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   and  e r god i c   c a pac i t y   a nal y s i s   i po w e r   s pl i t t i n b as e d   f u l l - d upl e x   ( P hu  T r an  T i n )   147   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 i s   s e c t i o n ,   w e   us e   M o n t e   Ca r l o   t o   v e r i fy   t h e   a na l y t i c a l   e xpr e s s i o n s   a s   i n   [2 2 - 25] .   A s   s h o w n   i F i gu r e   a n d   4,   t h e   O P   a n E v e r s us   Δw i t h   t h e   p r i m a ry   pa ra m e t e r s   a s   ρ = 0 . 85,   0. 5;   η = 0 . a nd  R = 0. 5 .     F r o m   F i gu r e   a n 4 ,   t h e   O P   of   t h e   m o de l   s y s t e m   ha s   a   s i g ni f i c a nt   de c r e a s e ,   b ut   t h e   E h a s   a   c o n s i de ra b l e   i n c r e a s e   w h i l e   w e   v a r y   t h e   Δ  f r o m   - dB   t o   25  dB .   F r o m   t h e   r e s ul t s ,   w e   c a n   c o n v i n c e   t h a t   t h e   a na l y t i c a l   a n s i m ul a t i o r e s ul t s   a r e   t h e   s a m e   w i t h   a l l   v a l ue s   o f   Δ.                 F i gu r e   3 .   O P   v e r s us   Δ   F i gu r e   4 .   E C   v e r s us   Δ       F urt h e rm o r e ,   t h e   i n f l ue n c e   o f   t h e   e n e r gy   e ff i c i e n c y η  o n   t h e   O P   a n d   E C   i s   i n v e s t i ga t e i n   F i gu r e   a n 6.   I n   t h e s e   c a s e s ,   w e   s e t   t h e   pr i m a r y   pa ra m e t e r s   a s   t h e   fo l l ow i n Δ= 0 . 5 ,   0. 7 ;   ρ= 0 . 5;   a nd  R = 0. 5.   T h e   O P   of   s y s t e m   n e t w o r de c r e a s e s   s i g ni f i c a nt l y   b ut   t h e   E i n c r e a s e s   w h i l e   t h e   e n e r gy   e ff i c i e n c y η  v a r i e s   f r o m   t 1.   I t   c a n   b e   o bs e r v e t h a t   t h e   m o r e   e n e r gy   e f f i c i e n c y   t ra n s f e r s   t h e   m o r e   E a nd  l e s s   O P   o f   t h e   s y s t e m   n e t w o r k.   I a dd i t i o n,   t h e   s i m ul a t i o c ur v e   m a t c h e s   w e l l   w i t t h e   a n a l y t i c a l   c u r v e .               F i gu r e   5 .   O P   v e r s us   η   F i gu r e   6 .   E C   v e r s us   η       F i na l l y ,   t h e   e f f e c t   of   t h e   po w e r   s pl i t t i ng  f a c t o r   ρ   o t h e   O P   a n E o f   t h e   s y s t e m   n e t w o r w i t h   t h e   m a i n   pa ra m e t e r s   a s   η = 0. 5,   0 . 9;   Δ= 0 . a nd  R = 0. i s   i l l us t ra t e i n   F i gu r e   7,   8 .   F r o m   F i gu r e   7,   w e   c a n   s e e   t ha t   t h e   O P   o t h e   s y s t e m   n e t w o r de c r e a s e s   i n   t h e   f i r s t   i n t e rv a l   v a l ue s   o ρ,   a n a f t e r   t h a t ,   t h e   O P   h a s   a i n c r e a s e .   T h e   o pt i m a l   v a l ue   o f   t h e   O P   c a n   b e   o b t a i n e w i t h   ρ  f r o m   0 . t o   0 . 7.   I n   t h e   s a m e   w a y ,   t h e   E ha s   a   c o n s i de r a b l e   i n c r e a s e   w h e n   ρ  v a r i e s   f r o m   t o   t h e   o pt i m a l   v a l ue   o f   ρ,   a n t h e n   ha s   a   m a s s i v e   de c r e a s e .   T h e   o pt i m a l   v a l ue   of   E c a n   b e   o b t a i n e w i t h   ρ  f r o m   0. t o   0. 7 .   M o r e ove r ,   t h e   a na l y t i c a l   v a l ue s   a g r e e   w e l l   w i t h   t h e   s i m ul a t i o n   v a l ue s   t o   v e r i fy   t h e   c o r r e c t n e s s   o f   t h e   a n a l y t i c a l   e xpr e s s i o n 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 .   18 ,   N o .   1 A p r i l   20 20  :     1 4 2   -   1 4 9   148         F i gu r e   7 .   O P   v e r s us   ρ   F i gu r e   8 .   E C   v e r s us   ρ       5.   C O N C LU S I O N   In   t hi s   pa pe r ,   t h e   O P   a n E a n a l y s i s   of  t h e   F D   r e l a y i n n e t w o r ks   v i a   a   do u b l e   R a y l e i gh   f a di n g   c h a nn e l   i s   p r o po s e a n i n v e s t i ga t e d .   W e   i n v e s t i ga t e   t h e   s y s t e m   m o de l   i n   t h e   po w e r   s pl i t t i n p r o t o c o l   fo r   t h e   v e h i c ul a r   c o m m u ni c a t i o n s   n e t w o r k.   T h e   i n t e g ra l   f o r m   o f   O P   a n E i s   de r i v e i n   c o nn e c t i o w i t h   a l l   pri m a r y   pa ra m e t e r s .   F i n a l l y ,   t h e   a n a l y t i c a l   e xpr e s s i o n s   a r e   v e r i f i e by   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 e a r c r e s ul t s ,   w e   c a s t a t e   t ha t   t h e   a n a l y t i c a l   a nd  t h e   s i m u l a t i o r e s ul t s   a r e   m a t c h e w i t e a c h   o t h e r.     T h i s   pa pe c a n   p r o v i de   a   r e c o m m e n d a t i o n   f o r   r e l a y i n g   c o m m uni c a t i o n e t w o r ks .       A C K N O WL ED G M EN TS   T h i s   r e s e a r c h   w a s   s uppo r t e by   N a t i o n a l   K e y   L a bo r a t o r y   o D i gi t a l   Co n t r o l   a nd  S y s t e m   E n gi n e e r i n g   (D CS E L A B ),   H CM U T ,   V N U - H CM ,   V i e t n a m .       R E F E R E N C E S   [ 1]   C he n,   H e ,   C ha o   Z ha i ,   Y o ng hui   L i ,   a nd  B r a nk a   V uc e t i c .   " C oo pe r a t i v e   S t r a t e g i e s   f o r   W i r e l e s s - P o w e r e d   C o m m uni c a t i o ns :   A O v e r v i e w . "   I E E E   W i r e l e s s   C om m un i c a t i ons   25 ,   no .   ( 08   201 8) :   112 - 19.   do i : 10. 1109/ m w c . 2 017 . 17 0024 5.     [ 2]   B i ,   S . ,   H o ,   C .   K . ,   &   Z ha ng ,   R .   W i r e l e s s   po w e r e c o m m uni c a t i o n:   O ppo r t uni t i e s   a nd  c ha l l e ng e s .   I E E E   C om m uni c at i on s   M agaz i ne ,   20 15 ,   5 3,   11 7 - 125 .     [ 3]   N i y a t o ,   D . ,   K i m ,   D .   I . ,   M a s o ,   M . ,   &   H a n ,   Z .   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 ,   2 017, 2 - 11.     [ 4]   Y u,   H . ,   L e e ,   H . ,   &   J e o n,   H .   ( 2017 ,   1 0) .   W ha t   i s   5G ?   E m e r g i ng   5 G   M o bi l e   S e r v i c e s   a nd  N e t w o r R e qui r e m e nt s .   Sus t ai nab i l i t y ,   2 017 ,   9,   18 48.     [ 5]   C .   R .   V a l e nt a   a n G .   D .   D u r g i n,   H a r v e s t i ng   w i r e l e s s   po w e r :   S ur v e y   o f   e ne r gy - ha r v e s t e r   c o nv e r s i o e f f i c i e nc y   i f a r - f i e l d ,   w i r e l e s s   po w e r   t r a ns f e r   s y s t e m s ,   I E E E   M i c r ow .   M ag . ,   v o l .   15 ,   no .   4,   pp .   108 - 12 0,   J un.   2 014 .     [ 6]   L a i ,   X i a z hi ,   W a nx i Z o u,   X ut a o   L i ,   a nd  L i s he ng   F a n.   " M ul t i us e r   E ne r g y   H a r v e s t i ng   R e l a y i ng   S y s t e m   w i t D i r e c t   L i nks . "   I E T   C om m u ni c at i on s   11 ,   no .   12   ( 08 ,   2017 ) :   1846 - 852 .   do i : 10. 10 49/ i e t - c o m . 2016. 1 288 .     [ 7]   K a w a ba t a ,   H i r o ki ,   a nd  K o j i   I s hi ba s hi .   " R F   E ne r gy   P ow e r e F e e dbac k - a i de C oope r a t i on . "   2 014  I E E E   25t h   A nnua l   I nt e r na t i o na l   S y m po s i um   o P e r s o na l ,   I ndoo r ,   a nd  M o b i l e   R a di o   C o m m uni c a t i o ( P I M R C) ,   09  20 14.   do i : 10. 1109/ pi m r c . 201 4. 7 1362 11 .     [ 8]   K r i k i d i s ,   I o a nni s ,   S t e l i o s   T i m o t he o u,   a nd  S hi g e no bu  S a s a ki .   " R F   E ne r g y   T r a ns f e r   f o r   C o o pe r a t i v e   N e t w o r ks :   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 uni c a t i ons   L e t t e r s   16 ,   no .   11  ( 1 2012 ) :   1772 - 775.   do i : 10. 1109/ l c o m m . 2012 . 091 712 . 121 395 .     [ 9]   N a s i r ,   A l i   A . ,   X i a ngy un  Z ho u,   S a l m a D ur r a ni ,   a nd  R o dne y   A .   K e nne dy .   " R e l a y i ng   P r o t o c o l s   f o r   W i r e l e s s   E n e r g y   H a r v e s t i ng   a nd  I nf o r m a t i o P r o c e s s i ng .   " 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 u ni c a t i ons   1 2,   no .   ( 07  201 3) :   3622 - 636 .   do i : 10. 1109 / t w c . 2013 . 0 6241 3. 1 2204 2.     [ 10]   L a ne m a n,   J . n. ,   D . n . c .   T s e ,   a nd   G . w .   W o r ne l l .   " C o o pe r a t i v e   D i v e r s i t y   i W i r e l e s s   N e t w o r ks :   E f f i c i e nt   P r o t o c o l s   a nd   O ut a g e   B e ha v i o r . "   I E E E   T r a ns a c t i on s   o I nf or m a t i on  T h e or y   50 ,   no .   12   ( 1 2 004 ) :   3062 - 080 .   do i : 10. 1109/ t i t . 20 04. 8380 89 .     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   and  e r god i c   c a pac i t y   a nal y s i s   i po w e r   s pl i t t i n b as e d   f u l l - d upl e x   ( P hu  T r an  T i n )   149   [ 11]   M i c ha l o po ul o s ,   D i o m i d i s   S . ,   H i m a l   A .   S ur a w e e r a ,   a n R o be r t   S c ho be r .   " R e l a y   S e l e c t i o f o r   S i m ul t a n e o us   I n f o r m a t i o T r a n s m i s s i o a nd   W i r e l e s s   E ne r gy   T r a ns f e r :   A   T r a de o f f   P e r s pe c t i v e . "   I E E E   J our na l   on   Se l e c t e A r e as   i C om m un i c a t i ons ,   201 5,   1 .   do i : 10. 1109 / j s a c . 2 015 . 239 1771 .     [ 12]   T a N .   N g uy e n,   T . H . Q . M i nh ,   P h uo ng   T .   T r a n   a n 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 ks   u n de r   H a r dw a r e   I m pa i r m e nt s .   Se ns or s ,   201 8,   18 .   [ 13]   T a N .   N g uy 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 k   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 a t i o ns   a nd   M ob i l e   C om pu t i ng ,   2 018 .     [ 14]   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 d i ng   C ha n ne l . "   T E L K O M N I K A   ( T e l e c om m un i c at i on ,   C om p ut 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 .     [ 15]   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 k   ( 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 un i c at i on ,   C om p ut i ng ,   E l e c t r oni c s   an C on t r o l ) ,   16 ,   no .   ( 02 ,   201 8) :   166.   do i : 10. 12928 / t e l ko m ni ka . v 16i 1 . 73 18.     [ 16]     A .   F .   M o r a bi 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 ha p e 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 na 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.     [ 17]   N g u y e n,   T .   N . ,   T .   T .   D uy ,   G . - T .   L uu,   P .   T .   T r a n ,   a n M .   V o z na k.   " E ne r g y   H a r v e s t i ng - ba s e d   S pe c t r um   A c c e s s   w i t h   I n c r e m e nt a l   C o o pe r a t i o n,   R e l a y   S e l e c t i o a nd   H a r dw a r e   N o i s e s . "   R adi oe ng i ne e r i ng   2 6,   no .   ( 04 ,   201 7) :   240 - 50.   do i : 10. 13164 / r e . 2 017 . 02 40.     [ 18]   M c ka y ,   M a t t he w   R . ,   A l e J .   G r a n t ,   a nd  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 nD 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 nt s . " I E E E   T r an s ac t i ons   on  C o m m uni c at i on s   55 ,   no .   ( 03   200 7) :   497 - 507 .   do i : 10. 1109/ t c o m m . 2007 . 892 450 .     [ 19]   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 n 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 un i c a t 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 .   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   [ 20]   M .   S e y f i   e t   a l . ,   R e l a y   s e l e c t i o i d ua l - ho v e hi c ul a r   n e t w o r k s ,   I E E E   S i gna l   P r o c e s s .   L e t t . ,   v o l .   18,   no .   2,     pp.   13 4 - 137,   F e b.   2 011 .     [ 21]   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 .   [ 22]   N g u y e n,   T a N . ,   M i r o s l a v   V o z na k,   T r a H o a ng   Q ua ng   M i n h,   P h uo ng   T .   T r a n,   P h T r a T i n ,   a nd  T ha nh - L o ng  N g u y e n.   " O ut age   P r obabi l i t y   A na l y s i s   o f   P ow e r   Spl i t t i n P ow e r - B e ac on  A s s i s t e E ne r g y   H a r v e s t i ng  R e l ay   W i r e l e s s   C om m uni c at i o N e t w or k s . "   201 I E E E / A C M   22nd  I nt e r na t i o na l   S y m p o s i um   o D i s t r i bu t e d   S i m u l a t i o n   a nd  R e a l   T i m e   A ppl i c a t i o ns   ( D S - R T ) ,   10   2 018 .   do i : 10. 1109 / d i s t r a . 2018 . 860 0930 .     [ 23]   T i n ,   P hu   T r a n ,   M i n T r a n ,   T a N .   N g u y e n,   a n T h a nh - L o ng   N g u y e n.   " A   N e w   L o o a t   E ne r gy   H a r v e s t i ng   H a l f - dupl e D F   P o w e r   S pl i t t i ng   P r o t o c o l   R e l a y   N e t w o r ov e r   R i c i a C ha nne l   i C a s e   o f   M a xi m i z i ng   C a pa c i t y . "   I ndo ne s i an  J our na l   of   E l e c t r i c al   E n gi ne e r i n and  C o m p ut e r   S c i e nc e   ( I J E E C S)   13,   no .   ( 01 ,   201 9) :   249.   do i : 10. 11591 / i j e e c s . v 13. i 1 . pp 249 - 257 .     [ 24]   T i n ,   P hu  T r a n,   L e   A nh  V u,   T a N .   N g u y e n,   a nd  T ha nh - L o n g   N g u ye n.   " U s e r   S e l e c t i o P r o t o c o l   i D F   C oo pe r a t i v e   N e t w o r ks   w i t H y br i T S R - P S R   P r o t o c o l   B a s e F u l l - dupl e E ne r gy   H a r v e s t i ng   o v e r   R a y l e i g F a di ng   C ha nne l :   S y s t e m   P e r f o r m a nc e   A na l y s i s . "   I nd one s i a J our na l   o f   E l e c t r i c al   E ngi ne e r i n an C om put e r   Sc i e nc e   ( I J E E C S)   1 3,   no .   2   ( 0 2,   20 19) :   534 .   do i : 10. 1159 1/ i j e e c s . v 13. i 2. pp53 4 - 542 .     [ 25]   T i n ,   P hu   T r a n ,   M i nh  T r a n ,   T a N .   N g u y e n,   a nd  T ha n h - L o n g   N guy e n.   " 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 y br i T i m e - po w e r   S w i t c hi ng   P r o t o c o l   o f   E H   B i di r e c t i o na l   R e l a y i ng   N e t w o r i n   A m pl i f y - a nd - f o r w a r M o de . "   I ndo ne s i an   J o ur n al   o f   E l e c t r i c al   E ng i ne e r i ng   an C om put e r   S c i e nc e   ( I J E E C S) ,   1 4,   no .   ( 04 ,   2019 ) :   118.   do i : 10. 11591 / i j e e c s . v 14. i 1 . pp 118 - 126 .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.