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 .   1 4 ,   N o .   1 A p r i l   201 9 ,   p p.   1 1 8 ~ 1 2 6   IS S N :   2502 - 4752 ,   D O I :   10. 1 1591 / i j e e c s . v 1 4 .i 1 . pp 1 1 8 - 1 2 6             118       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   S y st e m   p e r f o r m a n c e   a n a l y s i o f   h y b r i d   t i m e - p o w e r   s w i t c h i n g   p r o t o c o l   o f   EH   b i d i r e c t i o n a l   r e l a y i n g   n e t w o r k   i n   a m p l i f y - a n d - f o r w a r d   m o d e       P h u   Tr an   T i n 1 ,   M i n h   Tr an 2 ,   Tan   N .   N gu ye n 3 ,   Th an h - Lo n N gu ye n 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 ,   H o   C hi   M i n C i t y ,   V i e t na m     2 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 ni v e r s i t y ,   H o   C hi   M i n C i t y ,   V i e t na m   3 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 ni v e r s i t y ,   H o   C h i   M i nh   C i t y ,   V i e t na m   4 C e nt e r   f o r   I nf o r m a t i o T e c hno l o gy ,   H o   C hi   M i nh  C i t y   U ni v e r s i t y   o f   F oo I ndus t r y ,   H o   C hi   M i nh   C i t y ,   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 un   9 ,   2018   R e v i s e O c t   10,   2 018   A c c e pt e D e c   25,   2 018       I t hi s   p a pe r ,   w e   i nv e s t i g a t e   s y s t e m   pe r f o r m a nc e   i t e r m   o f   t hr o u g hput   a n e r g o di c   c a pa c i t y   of   t he   hy br i d   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 ne r gy   ha r v e s t i ng   bi d i r e c t i o na l   r e l a y i ng   ne t w o r k.   I t he   f i r s t   s t a g e ,   t h e   a na l y t i c a l   e xpr e s s i o o f   t he   s y s t e m   t h r o ug hput   a nd  e r g o di c   c a pa c i t y   of   t he   m o de l   s y s t e m   i s   pr o po s e a nd   de r i v e d .   I t h i s   a na l y s i s ,   bo t d e l a y - l i m i t e a nd  de l a y - t o l e r a n t   t r a ns m i s s i o m o de s   a r e   pr e s e nt e a nd  c o ns i d e r e d .   A f t e r   t ha t ,   t he   e f f e c t   o f   v a r i o us   s y s t e m   pa r a m e t e r s   o t he   p r o po s e s y s t e m   i s   i nv e s t i g a t e a n de m o ns t r a t e by   M o nt e - C a r l o   s i m ul a t i o n.   F i na l l y ,   t he   r e s ul t s   s ho w   t ha t   t he   a n a l y t i c a l   m a t h e m a t i c a l   a n s i m u l a t e d   r e s u l t s   m a t c f o r   a l l   po s s i b l e   pa r a m e t e r   v a l ue s   f o r   bo t s c he m e s .   Ke y w or d s :   D e c o de - a n d - f o r w a r d   (D F )   E n e rgy   h a r v e s t i n ( E H )   E r go di c   c a pa c i t y   P ow e r   s p l i t t i ng  p r o t o c o l   R e l a y   n e t w o r k   C opy r i gh t   ©   201 9   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   Ch i   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     E n e rgy   h a r v e s t i n g   (E H w i r e l e s s   c o m m u n i c a t i o h a s   b e e n   a t t r a c t i n i nt e n s e   r e s e a r c h   i n t e r e s t s   f r o m   bo t h   a c a de m i a   a nd  i n dus t r y ,   a s   i t   c a n   s ub s t a nt i a l l y   pr o l o ng  t h e   n e t w o r l i f e t i m e ,   e s pe c i a l l y   f o r   w i r e l e s s   s e n s o r   n e t w o r ks   w i t h   l o w   p ow e r   n o de s .   E n e r gy   c a n   b e   h a r v e s t e f r o m   e n v i r o n m e nt   r e s o ur c e s ,   b ut   E H   f r o m   c o n v e n t i o n a l   s o ur c e s ,   s uc h   a s   s o l a r   a n w i n d ,   m a y   be   s p o r a di c   o r   i n t e rm i t t e n t ,   w h i c h   m a ke s   i t   d i f f i c ul t   t s a t i s fy   t h e   d a t a   t ra n s m i s s i o n   r e qu i r e m e n t s .   O n e   pa rt i c ul a r   e n e r gy   s o ur c e   i s   t h e   r a di o   f r e que n c y   ( R F s i gna l ,   w h i c h   c a r e c h a rge   n o de s   m o r e   c o n t r o l l a b l e .   W i r e l e s s   e n e rg y   t r a n s f e r   (W E T i n   t h e   n e t w o r w i t h   a   h e l pi n g   r e l a y   i s   t h e   m o s t   po pul a r   t e c hn i que   [1 ] - [ 2 ].   T h e   h e l pi ng  r e l a y   w i t h   e n e r gy   h a r v e s t i n h a s   b e e n   pr o po s i n a nd  s t udi e i m a n y   l a s t   p a pe r s .   I m o r e   de t a i l s ,   [3]   p r e s e n t e e ne r gy   h a r v e s t i n i n   t h e   a m pl i fy - a n d - f o r w a r (A F r e l a y i n g.   I n   [4] ,   t h e   t o t a l   e n e r gy   h a r v e s t e f r o m   m ul t i p l e   s o ur c e s   w a s   o pt i m a l l y   a l l o c a t e a m o n di f fe r e nt   de s t i na t i o n s .   I n   [ 5],   t h e   e f fe c t   of   l a r ge - s c a l e   n e t w o r i nt e r f e r e n c e   o n   e n e r gy   h a r v e s t i n de c o de - a n d - f o r w a rd  (D F w a s   c o n s i de r e d.   M o r e o ve r ,   t h e   e f fe c t   of   t h e   r a ndo m   l o c a t i o o f   t h e   r e l a y   o n   D F   r e l a y i n g   i s   i n v e s t i ga t e d   i n   [6]  a n [7]  m a x i m i z e t h e   a c hi e v a b l e   t h r o ug h pu t   o a n   A F   e n e r gy   h a r v e s t i n s y s t e m .   F urt h e rm o r e ,   a   s i m i l a r   p r o b l e m   w a s   s t udi e i n   [8]  f o r   D F   a n [9]  p r o po s e t h e   m a x i m u m   a c h i e v a b l e   t hr o ug h pu t   o a n   A F   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       Sy s t e m   p e r f or m an c e   ana l y s i s   of   hy br i d   t i m e - pow e r   s w i t c hi ng   pr ot o c ol   ( P hu   T r an  T i n )   119   e n e r gy   h a r v e s t i n s y s t e m .   F r o m   t h i s   po i nt   o v i e w ,   e n e r gy   ha r v e s t i n r e l a y i n n e t w o r i s   t h e   h o t   di r e c t i o n   i n   t h e   c o m m u n i c a t i o n   n e t w o r a n d   i s   n e c e s s a r y   t o   de v e l o m o r e   a n d   m o r e .   In  t hi s   w o r k,   t h e   h y b r i t i m e - pow e r   s w i t c h i n g   p r o t o c o l s   fo r   t h e   e n e rgy   h a r v e s t i ng  b i di r e c t i o na l   r e l a y i n n e t w o r i s   pr e s e nt e d.   I n   t h i s   r e l a y i n n e t w o r k,   t h e   o ut a ge   pr o b a b i l i t y   a n t h e   e rgo di c   c a pa c i t y   a r e   pr o po s e a n de m o n s t ra t e f o r   bo t h   de l a y - l i m i t e (D L a nd  de l a y - t o l e r a nt   (D T t ra n s m i s s i o n   m o de s .   T h e   m a i n   c o nt r i b ut i o n s   o f   t h e   pa pe a r e   s u m m a ri 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   t h e   h y b r i t i m e - po w e r   s w i t c h i n p r o t o c o l s   fo r   t h e   e n e r gy   h a r v e s t i n b i di r e c t i o n a l   r e l a y i n n e t w o r i s   p r o po s e fo r   b o t h   de l a y - l i m i t e (D L a nd  de l a y - t o l e r a n t   (D T t r a n s m i s s i o n   m o de s .   b.   T h e   c l o s e d - fo r m   o f   t h e   o ut a ge   p r o b a b i l i t y   a n e r go di c   c a p a c i t y   fo r   t h e   s y s t e m   i s   de ri v e d.   c.   T h e   i n f l ue n c e   o f   t h e   m a i n   p a ra m e t e r s   o 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 .   T h e   s t r u c t u r e   o f   t h i s   pa pe r   i s   p r o po s e a s   fo l l ow s .   T h e   s y s t e m   m o de l   of  t h e   h y b r i t i m e - po w e r   s w i t c h i n p r o t o c o l s   fo r   t h e   e n e r gy   h a r v e s t i n b i di r e c t i o n a l   r e l a y i n n e t w o r i s   p r o po s e a n p r e s e nt e i n   s e c t i o n   II.   S e c t i o n s   III  p r o po s e o ut a ge   p r o b a b i l i t y   a n e rgo di c   c a pa c i t y   fo r   b o t h   de l a y - l i m i t e (D L a nd  de l a y - t o l e r a nt   (D T t r a n s m i s s i o n   m o de s   a r e   i n v e s t i ga t e a nd  de r i v e d,   r e s pe c t i v e l y .   S e c t i o n   IV   pr ov i de s   t h e   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 o m e   c o n c l us i o n s   a r e   p r o po s e i s e c t i o n   V .       2.   S Y S TE M   M O D EL   In   t hi s   s e c t i o n ,   t h e   s y s t e m   m o d e l   i s   pr e s e n t e i n   F i g u r e   1.   I t hi s   m o de l ,   t h e   us e r   i s   i nt e nde t o   s e n i n f o r m a t i o n   t o   t h e   a c c e s s   p o i n t   (A P w i t h   t h e   a s s i s t a n c e   o a   r e l a y   R   a n t h e   A P   t r a n s f e r   t h e   e n e r gy   t o   t h e   us e r   by   t h e   h e l p i n g   r e l a y .   M o r e ov e r ,   t h e   di r e c t   c o nn e c t i o b e t w e e n   t h e   A P   a n d   t h e   us e r   i s   s o   w e a k,   h e n c e ,   t h e   o n l y   a v a i l a b l e   c o m m uni c a t i o n   pa t h ,   a s   w e l l   a s   po w e r   t ra n s f e r   pa t h ,   i s   v i a   t h e   r e l a y   R .   T h e   r e l a y   R   pl a y s   bo t r o l e s   o f   e n e r gy   r e l a y i n f r o m   t h e   A P   t o   t h e   us e r   a nd  i n f o r m a t i o f o r w a r di ng  f r o m   t h e   us e r   t o   t h e     A P   [10 ] ,   [ 11].   A l l   n o de s   a r e   a s s um e t o   o pe r a t e   i n   ha l f - dup l e m o de ,   a n de c o de - a n d - f o r w a r (D F c a n   b e   us e a t   t h e   r e l a y   fo r   i n f o r m a t i o n   t ra n s f e r .   R e ga r d i n t o   t h e   c ha nn e l   m o de l ,   t h e   pe r f e c t   c h a nn e l   s t a t e   i n f o r m a t i o n   (CS I)  i s   a v a i l a b l e   a t   t h e   r e l a y   a n t h e   A P .   A l l   c ha nn e l s   h e r e   e xpe r i e n c e   R a y l e i gh   f a di n a n ke e c o n s t a n t   du r i ng  e a c h   t r a n s m i s s i o n   b l o c s o   t h a t   t h e y   c a b e   c o n s i de r e a s   s l o w   f a di n g .   T h e   F i gu r e   di s pl a y e t h e   t i m e - po w e r   s w i t c h i n b a s e pr o t o c o l   m o d e l .   In   t h e   f i r s t   i nt e r v a l   t i m e   αT ,   t h e   A P   t r a n s f e r   e n e r gy   by   R F   t t h e   r e l a y   R ,     α  ≤  1 .   A f t e r   t h a t ,   t h e   e n e r gy   t r a n s f e r   f r o m   t h e   A P   t o   t h e   a n t h e   i n f o r m a t i o n   t ra n s m i s s i o n   f r o m   t h e   U   t t h e   R   a r e   pe r f o r m e i n s t a nt a n e o us l y   i n   t h e   s e c o n i n t e r v a l   βT ,   ≤  β   1 .   F i na l l y ,   t h e   i n f o rm a t i o n   t ra n s m i s s i o n   p r o c e s s   f r o m   R   t o   A P   a n t h e   e n e rgy   t r a n s f e r   pr o c e s s   f r o m   t h e   R   t U   a r e   m a de   i n   t h e   r e m a i ni n g   i nt e r v a l   t i m e   (1 - α - β) T .   I t h i s   m o de l ,   w e   a s s um e   t ha t   t h e   c i r c ui t   po w e r   c o n s um pt i o n   i s   n e gl i g i b l e   a s   c o m pa r e t o   t h e   ra di a t i o n   po w e r ,   w h i c h   i s   r e a s o n a b l e   fo r   l o w - p ow e r   de v i c e s   s uc h   a s   s e n s o r   n o de s .   I t hi s   s y s t e m   m o de l ,   ≤  α   ≤  1   a n d   ≤  β  1 .   If   α  =   0 ,   t hi s   s c h e m e   b e c o m e s   a   pow e r   s pl i t t i n g   p r o t o c o l .   If   β  =   ( 1 α) / a n d   ρ  =   0   t h e n   i t   b e c o m e s   t h e   t i m e   s w i t c h i ng  p r o t o c o l   [15 ] - [ 19] .         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   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 .   1 4 ,   N o .   1 A p r i l   20 1 9   :     1 1 8     1 2 6   120   3.   TH E   S Y S T EM   P ER F O R M A N C E   In  t hi s   pa rt ,   t h e   s y s t e m   pe r f o r m a n c e   i t e r m   o f   t hr o ug h put   a nd  o ut a ge   p r o b a b i l i t y   o f   t h e   h y b r i t i m e - pow e r   s w i t c h i n p r o t o c o l s   fo r   t h e   A F   e n e r gy   h a r v e s t i n b i di r e c t i o n a l   r e l a y i n n e t w o r i s   i n v e s t i ga t e f o r   bo t h   de l a y - l i m i t e (D L a n de l a y - t o l e r a n t   (D T t ra n s m i s s i o n   m o de s .   L e t   x u   de n o t e   t h e   t ra n s m i t t e s i g n a l   f r o m   t h e   us e r   d u r i n g   t h e   s e c o n p ha s e ,   a n d   P u   de n o t e   t h e   po w e r   o f   t hi s   s i g n a l .   T h e n,   t h e   r e c e i v e s i gn a l   a t   t h e   r e l a y   R   c a n   b e   c a l c ul a t e by :       r a p a p u u r y P h x P g x n                   (1)     W h e r e   x ap   a nd  x u   de n o t e   t h e   t ra n s m i t t e s i g na l s   f r o m   A P   a n d   t h e   m o b i l e   us e r ,   r e s pe c t i v e l y ,   P u   i s   t h e   po w e r   a t   t h e   us e r ,   P r   i s   t h e   po w e r   a t   t h e   r e l a y ,     n r ,n d   a r e   t h e   a dd i 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   w i t z e r o   m e a a n v a ri a n c e   N 0.   T h e   h a r v e s t i n g   e n e r gy   E r   a t   R   i t h e   f i r s t   a nd  s e c o n i n t e r v a l   t i m e   c a n   b e   f o r m ul a t e a s :     22 r a p a p E P h T P h T                  (2)     T h e   t ra n s m i s s i o po w e r   o f   t h e   R   i t h e   t hi r s t   i n t e r v a l   i s :     22 2 ( 1 ) ( 1 ) a p a p r r a p P h T P h T E P k P h TT              (3)     w h e r e   w e   de n o t e   () 1 k   .     In  t h e   s i m i l a w a y ,   w h i l e   t h e   A P   r e c e i ve s   t h e   i n f o rm a t i o s i g n a l ,   t h e   m o b i l e   us e r   a l s o   r e c e i v e s   t h e   R F   e n e r gy   s e n t   f r o m   t h e   r e l a y .   By   i gn o r i ng  t h e   n o i s e   e n e r g y ,   w h i c i s   n e gl i g i b l e   a s   c o m pa r e d   t o   t h e   s i g n a l   e n e r gy .   T h e   r e c e i ve s i gna l   a t   m o b i l e   us e r   i s   y u = gx r .   H e n c e ,   t h e   e n e r gy   h a r v e s t e dur i ng  t hi s   p ha s e   c a n   b e   de t e r m i n e b y :     2 2 2 2 u r a p a p E g E g P h T P h T             (4)     S o   t h e   t r a n s m i t   po w e r   o f   t h e   us e du r i ng  t h e   t hi r s t   p ha s e   i s   e xpr e s s e a s   t h e   b e l ow   e qua t i o n :     2 2 2 22 ( 1 ) 1 a p a p u u a p g P h T P h T E P k P h g T          (5)     W e   s e l e c t   ( ) 1 ,   be c a us e   P R   , P u   m us t   b e   po s i t i v e .   A f t e r   pr e c a n c e l i n t h e   s i g na l   x ap ,   t h e   r e m a i n i ng  pa rt   o f   t h e   re c e i v e s i gn a l   i n   t r a n s m i s s i o p h a s e   a t   t h e   r e l a y   i s   w r i t t e n   a s :     1 r u u r y P g x n                     (6)     In  A F   p r o t o c o l ,   t h e   s i g n a l   t r a n s m i t t e b y   R   dur i n g   t h e   s e c o n p ha s e   i s :     2 2 0 ( 1 ) ap r r u k P h x y P g N                     (7)     W h e r e   :   a m pl i fy   f a c t o r .   T h e   r e c e i v e s i gn a l   a t   t h e   us e c a b e   c a l c ul a t e d   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       Sy s t e m   p e r f or m an c e   ana l y s i s   of   hy br i d   t i m e - pow e r   s w i t c hi ng   pr ot o c ol   ( P hu   T r an  T i n )   121   1 u r u u u r u n o i s e s i g n a l y h y n h P g x h n n               (8)   D e l ay   l i m i te d   tr an s m i s s i o n   n o d e .   T h e   e nd  t o   e n d   s i g na l   t o   n o i s e   r a t i o   (S N R a t   t h e   r e l a y   i s :     2 2 2 2 2 22 22 0 0 0 0 ( 1 ) ( 1 ) / uu AF h P g h P g S N R h N N h N N                    (9)     By   s u b s t i t ut i ng,   w e   h a v e :     44 2 2 2 0 24 2 2 0 00 2 0 ( 1 ) ( 1 ) 1 ( 1 ) ( 1 ) ap AF ap ap k P h g k X Y SNR k P h g N k X k Y h N N X k P h                (10)     W h e r e   w e   de n o t e   22 , X h Y g  , 0 0 ap P N .   A t   t h e   h i g S N R   r e gi m e ,   w e   c a us e   t h e   f o l l ow i n a pp r o xi m a t i o n :     2 0 2 0 1 ( 1 ) 1 ( 1 ) th k X k Y X k k X k Y                     (11)     W h e r e   2 21 R th  ,   R   i s t a r ge t   r a t e .     T h e   s i g na l   t o   n o i s e   r a t i o   (S N R a t   t h e   r e l a y   R   c a n   b e   c o m put e by   t h e   f o l l ow i n e qu a t i o n :     2 2 2 0 2 0 ( 1 ) ( 1 ) AF th k X Y S N R k k X k Y                  (12)     T h e   o ut a ge   p r o b a b i l i t y   of   t h e   p r o po s e s y s t e m   c a n   b e   e xpr e s s e a s :     2 2 2 0 2 0 0 2 2 2 22 0 0 0 ( 1 ) Pr Pr ( 1 ) Pr Pr ( 1 ) ( 1 ) o u t A F t h t h th th t h t h t h t h th k X Y P S NR k k X k Y k kX X Y a n d X k k X k k                                (13)     00 0 0 P r P r ( 1 ) t h t h t h out th P X Y a n d X kk kX k                            (14)     0 1 0 Pr 1 th h k th P X e k                     (15)   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 .   1 4 ,   N o .   1 A p r i l   20 1 9   :     1 1 8     1 2 6   122   0 () 2 0 0 0 0 P r ( ) ( ) ( 1 ) th zx th th XY th k P Y an d X f x dx f y dy k kX k                     (16)     W h e r e   0 0 () ( 1 ) th th zx kx k      .   00 00 () () 2 ( ) 1 t h t h h h g g t h t h zx zx kk Xh kk P f x e d x e e d x                   (17)     0 0 0 ( 1 ) 1 th hg th th x kx k o u t h k P e d x                         (18)     Cha n g i n g   v a ri a b l e   0 th tx k  ,   w e   ha v e :     00 ( 1 ) 0 1 t h t h h h g t k k t o u t h P e e d t                   (19)     W e   us e   t h e   Co r o l l a r y   (3. 20)  o f   E v a n s   (24 )   ( 24 )   C ha ud hr y   M A ,   Z ub a i r   S M .   E xt e n de i n c o m pl e t e   g a m m a   f u n c t i o n s   w i t a pp l i c a t i o n s .   J   M a t A na l   A ppl .   2002 ; 274(2) : 725 ‐745 .     0 0 2 3 , 0 0 , 3 00 11 1 1 , 0 , , 1 0 , , 1 ( 1 ) 2 4 ( 1 ) 2 th h th h k k g t h t h h o u t h g e P e G kk                   (20)      w h e r e   ()  :   i s   t h e   e xt e n de d   i n c o m pl e t e   G a m m a   f un c t i o n   , , | . . . mn pq G is   t h e   M e i j e f un c t i o (t a b l e   o f   i n t e g ra l )   .   F i na l l y ,   t h e   t hr o ug h p ut   c a n   b e   f o r m ul a t e a s :     0 2 3 , 0 0 , 3 0 ( 1 ) 1 ( 1 ) ( 1 ) 0 , , 1 4 ( 1 ) 2 th h k g t h DL h out Te P R R G Tk               (21)     D e l ay - To l e r an t   tr an s m i s s i o n   In   t hi s   s e c t i o n ,   w e   n e e t e v a l ua t e   t h e   e r go di c   c a pa c i t y .   W e   us e   t h e   r e c e i ve s i gn a l   S N R   a s   t h e   fo l l ow i n g:     22 2 , l o g ( 1 ) A F A F hg C S N R                 (22)     0 1 ( ) 1 l n 2 1 AF S N R t h A F t h th F Cd                 (23)     F i na l l y ,   t h e e r go di c   c a pa c i t c a b e   f o r m ul a t 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       Sy s t e m   p e r f or m an c e   ana l y s i s   of   hy br i d   t i m e - pow e r   s w i t c hi ng   pr ot o c ol   ( P hu   T r an  T i n )   123   0 2 3 , 0 0 , 3 0 00 1 0 , , 1 4 ( 1 ) 2 1 ( ) 1 l n 2 1 1 l n 2 th h AF k g t h S NR t h h A F t h t h t h t h Ge k F C d d                  (24)     T h e   t hr o ug h p ut :       ( 1 ) ( 1 ) DT AF T CC T                   (25)       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 hi s   pa pe r,   M o n t e   Ca rl o   s i m ul a t i o n   w a s   c o n duc t e t ve r i fy   t h e   a na l y s i s   de v e l o pe i n   t h e   pr e v i o us   s e c t i o n .   F o r   s i m p l i c i t y ,   i n   o ur   s i m ul a t i o n   m o de l ,   w e   a s s um e   t h a t   t h e   s o ur c e - r e l a y   a n r e l a y - de s t i na t i o n   di s t a n c e s   a r e   b o t h   n o rm a l i z e t o   u n i t   v a l ue .   F o t h e   de l a y - l i m i t e t ra n s m i s s i o n   m o de ,   t h e   o ut a ge   pr o b a b i l i t y ,   a n a c h i e v a b l e   t hr o ug h put   a r e   a na l y z e i n   de t a i l s .   O n   t h e   o t h e r   ha n d ,   t h e   o ut a ge   pr o b a b i l i t y ,   a n t h e   e r go di c   c a p a c i t y   fo r   t h e   de l a y - t o l e r a n t   t ra n s m i s s i o n   m o de   a r e   p r o po s e a n d   de m o n s t r a t e d.   F i g u r e   3   a nd  4   pl o t   t h e   e ff e c t   of   ρ   o n   t h e   o ut a ge   p r o b a b i l i t y   a n s y s t e m   t hr o ug h put   i n   t h e   D L   t ra n s m i s s i o n   m o de ,   r e s pe c t i v e l y .   In  t hi s   s i m ul a t i o n,   w e   s e t   P ap /N 0   = 10   dB   a n d   α ,   β   i n   t h e   F i g u r e   a n d   4.   M o r e o ve r ,   F i gu r e   a n pr e s e n t   t h e   de pe n de n t   o f   t h e   o ut a ge   pr o b a b i l i t y   a n s y s t e m   t hr o ug h pu t   i n   t h e   D L   t r a n s m i s s i o n   m o de   o n   t h e   η   o f   t h e   p r o po s e s y s t e m .   F u r t h e rm o r e ,   F i gu r e   7   a n d   s how   t h e   i n f l ue n c e   o f   t h e   o ut a ge   p r o b a b i l i t y   a n d   s y s t e m   t hr o ug h put   i n   t h e   D L   t r a n s m i s s i o n   m o de   o n   t h e   ra t i o   P ap /N 0 .   F r o m   t h e   r e s ul t s ,   w e   c a n   s e e   t h a t   t h e   a n a l y t i c a l   a nd  s i m u l a t i o r e s ul t s   w e l l   a g r e e   w i t h   e a c o t h e r.             F i gu r e   3 .   T h e   o ut a ge   p r o b a b i l i t y   v e r s us   ρ  f o r   D L   t r a n s m i s s i o m o de         F i gu r e   4 .   T h e   t hr o ug hput   v e r s us   ρ   f o r   D L   t r a n s m i s s i o m o de         F i gu r e   5 .   T h e   o ut a ge   p r o b a b i l i t y   v e r s us   η  f o r   D L   t r a n s m i s s i o m o de     F i gu r e   6 .   T h e   t hr o ug hput   v e r s us   η   f o r   D L   t r a n s m i s s i o m o de     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 .   1 4 ,   N o .   1 A p r i l   20 1 9   :     1 1 8     1 2 6   124   O n   a n o t h e r   w a y ,   F i g ur e   a n 10  pl o t   t h e   e ffe c t   of  ρ  o n   t h e   o ut a ge   pr o b a b i l i t y   a n s y s t e m   t hr o ughput   i n   t h e   D T   t ra n s m i s s i o n   m o de ,   r e s pe c t i v e l y .   In   t hi s   s i m ul a t i o n,   w e   s e t   P a p/ N = 10  dB   a n α ,   β   i n   t h e   F i g u r e   a nd  10 .   M o r e o v e r ,   F i gu r e   11  a n 12  p r e s e nt   t h e   de pe n de n t   o f   t h e   o ut a ge   p r o b a b i l i t y   a n s y s t e m   t hr o ughput   i n   t h e   D T   t r a n s m i s s i o n   m o de   o n   t h e   η  o f   t h e   pr o po s e s y s t e m .   F ur t h e rm o r e ,   F i gu r e   13  a n 14  s h o w   t h e   i n f l ue n c e   of   t h e   o ut a ge   p r o b a b i l i t y   a n s y s t e m   t hr o ug h put   i n   t h e   D T   t r a n s m i s s i o n   m o de   o n   t h e   r a t i o   P a p/ N 0 .   F r o m   t h e   r e s ul t s ,   w e   c a n   s e e   t h a t   t h e   a n a l y t i c a l   a n d   s i m ul a t i o n   r e s ul t s   w e l l   a g r e e   w i t h   e a c h   o t h e r .   I n   a ddi t i o n,   t h e   F i g u r e   15  p r e s e n t s   Co m pa ri s o n   o f   t h e   t hr o ughput   v e r s us   P a p/ N f o r   D T   a n D L   t ra n s m i s s i o m o de s   fo r   t h e   b o t h   a n a l y t i c a l   a nd  s i m u l a t i o c a s e s .             F i gu r e   7 .   T h e   o ut a ge   p r o b a b i l i t y   v e r s us   P a / N 0   f o r   D L   t r a n s m i s s i o m o de     F i gu r e   8 .   T h e   t hr o ug hput   v e r s us   P a / N f o r   D L   t r a n s m i s s i o m o de             F i gu r e   9 .   T h e   o ut a ge   p r o b a b i l i t y   v e r s us   ρ  f o r   D T   t r a n s m i s s i o m o de     F i gu r e   10 .   T h e   t hr o ug h put   v e r s us   ρ   f o r   D T   t r a n s m i s s i o m o de             F i gu r e   11 .   T h e   e r go di c   c a p a c i t y   ve r s us   η   f o r   D T     F i gu r e   12 .   T h e   t hr o ug h put   v e r s us   η   f o r   D T   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       Sy s t e m   p e r f or m an c e   ana l y s i s   of   hy br i d   t i m e - pow e r   s w i t c hi ng   pr ot o c ol   ( P hu   T r an  T i n )   125   t r a n s m i s s i o m o de   t r a n s m i s s i o m o de         F i gu r e   13 .   T h e   e r go di c   c a p a c i t y   ve r s us   P a p / N f o r   D T   t ra n s m i s s i o m o de   F i gu r e   14 .   T h e   t hr o ug h put   v e r s us   P a p/ N 0   f o r   D T   t r a n s m i s s i o m o de           F i gu r e   15 .   Co m pa ri s o n   t h e   t hr o ug hput   v e r s us   P a p / N f o r   D T   a n d   D L   t ra n s m i s s i o m o de s       5.   C O N C LU S I O N   In   t hi s   pa pe r ,   t h e   h y b r i t i m e - po w e r   s w i t c h i ng  p r o t o c o l   of   e n e r gy   h a r v e s t i ng  b i di r e c t i o n a l   r e l a y i n n e t w o r i s   p r o po s e a n i n v e s t i ga t e d.   I n   o r de r   t o   a na l y z e   t he   s y s t e m   pe r f o r m a n c e ,   a n a l y t i c a l   e xpr e s s i o n s   f o r   t h e   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   a n d   t h e   t hr o ughput   o f   t h e   de l a y - l i m i t e a n de l a y - t o l e r a n t   t r a n s m i s s i o n   m o de   a r e   i n v e s t i ga t e a de r i v e d.   T h e   r e s ul t s   s h o w   t h a t   t h e   a na l y t i c a l   m a t h e m a t i c a l   a n d   s i m ul a t e r e s ul t s   by   M o n t e - Ca r l o   s i m ul a t i o n   m a t c h   f o r   a l l   p o s s i b l e   pa r a m e t e r   v a l ue s   f o r   bo t h   s c h e m e s .   T h e   r e s ul t s   c o ul b e   pr o v i de   t h e   p r o s pe c t i v e   s o l ut i o n   f o r   t h e   c o m m u n i c a t i o n   n e t w o r i n   t h e   n e a f ut u r e .       R EF ER EN C ES   [ 1]   B i ,   S . ,   H o ,   C .   K . ,   &   Z ha ng ,   R .   ( 2 015 ,   04) .   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 ,   53 (4 ) ,   11 7 - 125 .   do i : 10. 1 109 / m c o m . 2015. 7 0810 84   [ 2]   N i y a t o ,   D . ,   K i m ,   D .   I . ,   M a s o ,   M . ,   &   H a n,   Z .   ( 201 7) .   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 ks :   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 un i c a t i ons ,   2 - 11.   do i : 10. 11 09/ m w c . 2 017 . 16 0011   [ 3]   N a s i r ,   A .   A . ,   Z ho u,   X . ,   D u r r a n i ,   S . ,   &   K e nn e dy ,   R .   A .   ( 20 13 ,   07) .   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 ne r gy   H a r v e s t i ng   a n I nf o r m a t i o P r o c e s s i ng .   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 ( 7) ,   3 622 - 36 36.   do i : 10. 1109/ t w c . 20 13 . 062 413 . 122 042   [ 4]   B a i d a s ,   M .   W . ,   &   A l s us a ,   E .   A .   ( 201 6,   02 ) .   P o w e r   a l l o c a t i o n,   r e l a y   s e l e c t i o a nd   e n e r g y   c o o pe r a t i o s t r a t e g i e s   i e ne r g y   ha r v e s t i ng   c oo pe r a t i v e   w i r e l e s s   n e t w o r k s .   W i r e l e s s   C om m u ni c a t i on s   and  M ob i l e   C om pu t i ng,   16 ( 14) ,   206 5 - 2082 .   do i : 10. 1002 / w c m . 2668 .   [ 5]   K r i k i d i s ,   I .   ( 20 14 ,   03 ) .   S i m ul t a n e o us   I nf o r m a t i o a nd  E n e r g y   T r a n s f e r   i L a r g e - S c a l e   N e t w o r k s   w i t h / w i t ho ut   R e l a y i ng .   I E E E   T r an s ac t i ons   o C om m uni c a t i o ns ,   62 ( 3) ,   900 - 912 .   do i : 10. 1109/ t c o m m . 2014 . 020 914 . 130 825 .   [ 6]   D i ng ,   Z . ,   K r i ki di s ,   I . ,   S h a r i f ,   B . ,   &   P o o r ,   H .   V .   ( 2 014 ,   08 ) .   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 ns f e r   i C o o pe r a t i v e   N e t w o r ks   W i t S p a t i a l l y   R a ndo m   R e l a y s .   I E E E   T r ans a c t i o ns   o W i r e l e s s   C om m u ni c at i on s ,   13 ( 8 ) ,   444 0 - 4453 .   do i : 10. 1109/ t w c . 20 14 . 231 4114 .   [ 7]   M he i c h,   Z . ,   &   S a v i n ,   V .   ( 2017 ,   03 ) .   C o o pe r a t i v e   c o m m uni c a t i o pr o t o c o l s   w i t e ne r gy   ha r v e s t i ng   r e l a y s .   2017   W i r e l e s s   D ay s .   do i : 10. 110 9/ w d . 20 17 . 791 8116 .   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 .   1 4 ,   N o .   1 A p r i l   20 1 9   :     1 1 8     1 2 6   126   [ 8]   H ua ng ,   C . ,   Z ha ng ,   R . ,   &   C ui ,   S .   ( 2013 ,   08 ) .   T hr o ug hput   M a x i m i z a t i o f o r   t he   G a us s i a R e l a y   C ha nne l   w i t E n e r gy   H a r v e s t i ng   C o ns t r a i nt s .   I E E E   J o ur na l   o Se l e c t e A r e as   i n   C om m un i c a t i on s,   31 ( 8) ,   14 69 - 1479 .   do i : 10. 1109/ j s a c . 201 3. 1308 11 .   [ 9]   A hm e d,   I . ,   I khl e f ,   A . ,   S c ho be r ,   R . ,   &   M a l l i k,   R .   K .   ( 2013 ,   04) .   J o i nt   P o w e r   A l l o c a t i o a nd   R e l a y   S e l e c t i o i n   E ne r g y   H a r v e s t i ng   A F   R e l a y   S y s t e m s .   I E E E   W i r e l e s s   C om m uni c at i o ns   L e t t e r s ,   2 ( 2) ,   23 9 - 242 .   do i : 10. 1109/ w c l . 20 13 . 012 513 . 130 007 .   [ 10]   Z e ng ,   Y . ,   C h e n,   H . ,   &   Z ha ng ,   R .   ( 20 16,   05) .   B i d i r e c t i o na l   W i r e l e s s   I n f o r m a t i o a nd  P o w e r   T r a n s f e r   W i t a   H e l p i ng   R e l a y .   I E E E   C om m uni c a t i o ns   L e t t e r s ,   20 ( 5 ) ,   86 2 - 865 .   do i : 10. 11 09 / l c o m m . 2016. 2 5495 15 .   [ 11]   G ur a k a n ,   B . ,   O z e l ,   O . ,   Y a ng ,   J . ,   &   U l uk us ,   S .   ( 2 013 ,   06 ) .   E ne r gy   c oo pe r a t i o i e ne r gy   ha r v e s t i ng   t w o - w a y   c om m uni c a t i o ns .   2013   I E E E   I n t e r na t i ona l   C o nf e r e nc e   o C om m un i c a t i ons   ( I C C ) .   do i : 10. 1109 / i c c . 2013 . 665 5023 .   [ 12]   C ha udh r y ,   M . ,   &   Z ub a i r ,   S .   ( 200 2,   10 ) .   E x t e nd e i nc o m pl e t e   g a m m a   f u nc t i o ns   w i t h   a p pl i c a t i o ns .   J ou r na l   of   M a t he m at i c a l   A na l y s i s   an A pp l i c at i on s ,   2 74 ( 2) ,   725 - 745 .   do i : 10. 1 016/ s 00 22 - 247x ( 02 ) 00 354 - 2 ~ .   [ 13]   J . ,   J .   E .   ( 1979 ,   08 ) .   T he   H - F unc t i o w i t A ppl i c a t i o ns   i S t a t i s t i c s   a nd  O t he r   D i s c i pl i n e s .   T e c hnom e t r i c s ,   21 ( 3) ,   392 - 393 .   do i : 10. 1080 / 004 0170 6. 1979 . 10 4898 02 .   [ 14]   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 .   ( 2015 ) .   do i : 10. 10 16 / c 2010 - 0 - 64839 - 5 .   [ 15]   T r a H o a ng   Q ua ng   M i nh .   " 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 di 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   16 ,   no .   5   ( 1 0,   2018 ) :   189.   ht t p: / / dx . do i . o r g / 10 . 1 2928 / t e l ko m ni ka . v 16i 5 . 9 118 .   [ 16]   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 uy 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 ov e r   R i c i a F a d i ng   C ha nn e l . "   T E L K O M N I K A .   16,   no .   ( 02,   2018 ) :   189.   do i : 10. 12928 / t e l ko m ni ka . v 16i 1 . 74 91.   [ 17]   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 g y   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   16 ,   no .   1   ( 02,   2 018 ) :   166.   do i : 10. 129 28/ t e l ko m ni k a . v 16 i 1 . 731 8.     [ 18]   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 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 na r   A r r a y s , "   T e l ko m ni k a   ( T e l e c o m m uni c a t i o C o m put i ng   E l e c t r o ni c s   a nd   C o nt r o l ) ,   v o l .   14 ,   n .   4 ,   pp .   1217 - 1 219 ,   2016 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.