Indonesi an  Journa l  of El ect ri cal Engineer ing  an d  Comp ut er  Scie nce   Vo l.   1 3 ,  No.   2 ,  Febr uar y   201 9 , pp.  5 34 ~ 542   IS S N: 25 02 - 4752, DO I: 10 .11 591/ijeecs .v1 3 .i 2 .pp 534 - 542          534       Journ al h om e pag e :  http: // ia es core.c om/j ourn als/i ndex. ph p/ij eecs   User sel ection p rot ocol in  DF c oo p erative n etworks  with hyb rid  TSR - PSR pr otocol ba s ed fu ll - du plex e n ergy har ves ting ov er  rayleigh  fading c hann el: system p er f orma nce anal ysis       Phu  Tr an  Ti n 1 , Le Anh  Vu 2 ,  Tan   N. N guy en 3 , Th an h - L ong  Nguy e n 4   1 Facul t y   of Elect ronic s T ec hno lo g y ,   Industri al Unive rsit y   of  Ho C hi  Minh C ity ,   Vi et nam.   2 Optoel e ct ron i cs  Resea r ch  Group ,   Facu lty   of Elec tri c al   and El e ct r onic s E ng ine e rin g,   Ton  Duc Thang   Univer sit y ,   Vie t nam   3 W ire le ss   Com muni cations  Rese a rch   Group,   Facult y   of El ec tr ic a l &  E le c tronics E ngine er ing,   Ton  Duc Thang   Univer sit y ,   Vie t nam   4 Cent er   for  Infor m at ion  T ec hnolo g y ,   Ho Chi   Min h  Cit y   Un ive rsit y   of  Food Indust r y ,   Vie tna m       Art ic le  In f o     ABSTR A CT   Art ic le  history:   Re cei ved   J ul   1 2 , 2 018   Re vised  Oct   2 0,   2018   Accepte d  Nov   2,   2018       Coopera t ive   co m m unic at ion  h as  bee n   recen tly   proposed   i n  wire l ess   comm unic at ion   s y ste m s  for  exploring  th e   inhe r e nt  spat ia l   d ive rs ity   in  r ela y   cha nne ls.  In  thi s  work,   we  inv est iga t e  the  s y st em  per form anc e   of  the   en er g y   har vesti ng   ful l - d uple x   (FD )  de co de - and - forward   ( DF )  h y br id  ti m e   sw it chi ng - power  split ti ng   r el a y i ng  TSR - PSR  (TPSR )  proto col   r ela y ing   netw ork.   In   th e   sele c ti on  sch eme,   th e  best   user  se l ec t ion  proto col   i s  proposed   and  i nvesti gated.  Mainly   w e  d erive  the  cl os ed - f orm   expr ession   for   the  out age  proba b il i t y ,   s y stem  throughp ut  and  th e  s y m b ol  err or  r at e   (SE R)  of  the   s y stem .   Num eri cal  res ult s  are  al so   pre sen te d   b y   t he  Mont e  C arl o   sim ula ti on   to   val id at e   th e   the ore ti c al  an aly sis  in  connect i on  with   th e  al l   poss ibl e   par amete rs   in   th e   compari son   be t wee n  TSP R,   TS R  and   PS R  ca se s.  Th e  r ese ar ch  result s  show   tha t   TPS R  c ase   i s  bet t er  tha n   the  othe rs  in   t erm  of  outa ge   proba b il i t y   and   SER .   Ke yw or d s :   Decode - an d - f orwa rd (DF )   Energy  harvest ing   (E H)   Fu ll - duplex  ( F D)   Re la yi ng  n et w ork   User sel ect ion   Copyright   ©   201 9   Instit ut e  o f Ad vanc ed   Engi n ee r ing  and  S cienc e .     Al l   rights re serv ed .   Corres pond in g  Aut h or :   Le A nh  Vu,    Op t oelect ronic s Resea rc h Gro up   Faculty  of Elec tric al  an d El ect ronics E nginee rin g   To n Du c  Th a ng  Un i ver sit y   Ho Chi Mi nh  Ci ty , V ie tnam .   Em a il :  le anh vu@tdtu .edu. vn       1.   INTROD U CTION   In   recent  ye ar s,  the  wi reless   transm issi on   has  ex pe rience d  ra pid   dev el opm ent.  Re la yin g  has  been  pro ved  to  be  a n  e ff ic ie nt  wa y  to  exte nd  th e  co ver a ge  a re a  of  wireless  netw orks  a nd  i ncr ease   tra ns m issi on   reli abili ty   with ou t   a dd it io nal  transm it   power  at   t he   tran sm i tt ers.   H ow e ver,  th e  for wardin g  operati ons   at   the   relay   sti l l  req ui re  e xtra  e nergy .  F or   relay   no de s  powe re d  by  powe r  li m it ed  batte ries  instea d  of   t he  regular   powe r  gr i d,   s uch   as  m ob il e  de vices,  s uch   e xtra  e nerg y  con s um ption   m ay   cause  seriou s  c oncer ns .  Re centl y,  harv est ing  energy  f ro m   am bient  rad io - frequ e ncy  (R F)   en er gy  wa s  pr opos e d,   a nd  it   has  been   well   stud ie d.   T he  id ea  that   receivin g  in for m at ion   a nd  ha rv est in g  en er gy   sim ultaneousl y  is  not   onl y  ap peali ng  but  al s o  w or th   furthe r   inv est igati ng.   The  rece nt  wor ks   s ug gested   that  data  tra nsm itti ng   a nd  batte ry  cha rg i ng  c ou l d  be  f ulfill ed  at   t he   sam e tim e, and  the refor e ,  the   com bin ing  of e nergy  ha rv est i ng m odule a nd r el ay  could   be  a n  a vaila ble  s olu ti on  of extra  en e r gy cons um ption   pro blem  at the relay  [ 1 - 6].    Re centl y,  de pl oying  e nergy  ha rv est in g  (E H)  relay s  that   util iz e  the  e nergy  colle ct ed  from   the  sourc e   sign al   f or  data   tra ns fe r   has   r ecei ved  c on si de rab le   at te ntio n.  W it h  E H   c apab il it ie s,  relay s  can   be   ins ta ll ed   conve niently   w it ho ut   wi rin g  c os t  a nd  t he  nee d  f or  batte ry   re placem ent.  Be sides,   substa ntial   transm issi on  powe r   can  be  sa ve d  be cause  the  inte r - node  distance   is  sh ort ene d  usi ng   m ulti ho p  tr ansm issi on s.  H ow e ve r,   in form at io n  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci     IS S N:  25 02 - 4752       User  sel ect io n pro t oc ol in DF  coop e ra ti ve  ne t works wi th  hy br id  T SR - P SR  p r oto c ol  ba se d… (Ph u Tra n Ti n )   535   relay ing   c ons um es  add it io nal  res ources   (i.e. ,  ti m e  and   ba ndwi dth)  c om par ed   to  t he  dire ct   transm issi on  an d  hen ce   so m e  early   wo r k  has  be en  c onduct ed  f ocu sin g  on  ass essing  t he  feasibil it y  of   EH   rel ay s.  The  gain   offe re d  by  the   E H   rela y  base d  on   tim e  s witc hing  rel ay ing   (TSR )  is   analy ze d  t heoreti cal ly   in  [ 7]  for  both   de co de - an d - forw a r d  ( DF )  a nd   am plify - an d - forwar d  ( AF)  relay ing   a ppr oach e s  with  a  s ign ific a nt  ga in .   The  E H  relay   base d  on  DF  is   al so  consi der e d  in   [ 8],  w her e   the   r el ay   determ ines  wh et her  to   pe rfor m   EH   or  i nfor m at ion   rel ay ing   befor e  t he  sou rce  tran sm issi o n  acco r ding  to   a  gr ee dy  poli cy .  On   t he  ot he r  ha nd,  an  a na ly ti cal  fr am e work   is   pro po se d  i n  [9]   to  e val uate  the  perform ance  of  the   EH   re la y  based  on  AF   for  both  T SR  an d  powe r  sp li tt in g  relay ing   (PSR ) unde r  the   ef fe ct   of  the   crit ic al   syst e m   par a m et ers  su c h  a s  noise   var ia nc es,  s ource  t o  relay   distance,   tra nsm issi on   rate,  a nd  e nergy  c on ver si on  e ff ic ie ncy.  M o re over ,  relay   sel ect io n  (RS )  is   a   pr act ic al  appr oach   t o  ba la nce  the  tra deoff   betwee n  reli abili ty   i mp r ovem ent  and   sp e ct ral  eff i ci ency  loss  due  t o  inf or m at ion   re petit ion   [ 10 ] .   I n  [ 11 ] ,   tw o  R S  sc hem es  ai m ing   to   at ta in   the  op ti m al   tradeoff   betwee n  ene r gy  trans fer  a nd  outa ge  pr ob a bili ty /e rg odic  ca pa ci ty  f or   DF rel ay s ar e st ud ie d.   In  this   work,  w e  pr opos e   a nd  i nv e sti gate  the   s yst e m   per f orm ance   of  t he   ene rg y   ha rv e sti ng  fu ll - duple x  (F D )  dec od e - a nd - f orwa rd  ( D F)   hybri d  T SR - PSR  protoc ol  relay ing   netw ork .  F or   detai ls  o n   this  a naly sis,  the  energy,  a nd   in f or m at ion   are  tr ansf e rr e d   from   the  s ource  to   the  relay   nodes ,   an d   al l  cha nn e ls  are  c on si dered   a s   the Ray le igh   fa ding c hannels.   The  m ai n  co ntr ibu ti ons  of the  pap e r  a re sum m arized as  fo ll ow s:   1.   The  syst em   mo del  of   the  e ne rg y  ha r vestin g  fu ll - duplex  (FD)  decode - an d - f orward  ( DF)  hybri d  TSR - P SR   protoc ol  relay ing  netw ork   over  t he   Ra yl ei gh  fa ding   c hannel s  a nd  t he  c om par iso n  bet ween  hy br i d  TSR - P SR  (TPS R ),   TSR a nd PS R  cases  a re  propose d   a nd in vestigat e d.   2.   The  cl os e d - for m   exp ressio ns  of   the   outa ge   pro ba bili ty   and   the  syst em   thro ug hput  a re  de rive d.   M or e ov er,   the b e st use r  se le ct ion  pr oto c ol   is pro posed   a nd in vestigat ed .   3.   The  sym bo l Er ror  Ra ti o (SER )  a naly sis of th e pro posed  m od el  syst em  is p resen te d  a nd de m on strat ed .   4.   The   in flue nce  of  the   m ai n  pa ram et ers  on  t he   syst em   per f orm ance  is  dem on st rated   e ntirel y   by  t he  M onte   Ca rlo  sim ulatio n.   The  struct ur e   of  this   pa pe r  is   pro posed   as   f ollow s .  Sect ions   I I  pr ese nts  t he  s yst e m   m od el   of   the  relay ing  netw ork.  Se ct ion s  III  der ive s  the syst e m  p erfor m ance  of  t he   m od el  syst e m . S ect ion  IV  prov i des  the  nu m erical  resu lt s a nd s om e d isc us si on s . F inall y, Sect i on V co nclu de s the  pa per .       2.   SY STE M MO DEL   In   t his  pap e r,   t he  syst em   m od el   is  the  ene r gy   harvesti ng  f ul l - duplex   (FD )   dec od e - a nd - f orwa rd  ( DF)  hybri d TSR - PS R  pro toc ol  relay ing   net work   a s  show n i n Fi gure  1.   I n t his  m od el , t he i nfo r m at ion   is  trans ferred   from   the  s ourc e  ( S)  to   the   m ulti - destinat io n  ( D i ),  th r ough  e ne rg y   co ns trai ne d  i nterm ediat e  relay   (R) .   The   energy  harvesti ng  a nd   inf or m at ion   proces sin g  of  th e   syst e m   m od e l  with  hybri d  TSR - PSR   pr oto col  are  pro po sed   i n   Figure  2.   In  th is  schem e,  T  is  the  blo c k  ti m e  in  w hich   the   source  f ully   transm it s  the  info rm at ion   data  to  the   m ul ti - destinat ion.  In  the   fi rst  interval   tim e  (αT),  t he  relay   harvests  e ne rgy   from   the  s ource  s i gn al ,   wh e re  α   i s   the ti m e  switc hin g   facto r  α   ∈   (0,  1) .  In  the  re m ai nin g  i nter va l t i m e   (1 - α )T , t he  relay   node   harvests ρP s   en erg y   from   the  sourc e  an d  us e  ( 1 - ρ) P s   ene rg y  t o  tr ansf e r  i nfor m at ion   to   the   m ul ti - destinat io n  node s,  w hich  ρ   is  the   powe r  sp li tt ing  facto r  ρ  ∈   (0,  1).  All  the  fad i ng   c ha nnel s  from   S  to  R  and   R  to  D  a re  pr opose d   as   the  R ay le igh  fad i ng  cha nnel s.  Mo re  detai ls  of  the  a naly ti cal   m at he m at ic a l  m od el   of  t he  ou ta ge  pro bab i li ty   and   th rou ghput  of   t he  syst em   m od el   is   pr ese nted  a nd  a naly zed  in   the  fo ll owin g  sect io ns   [ 12 - 16 ] .  If   α   =   0,  this  sc hem e  beco m es  PSP. I f  ρ =  0  t hen it  b ec om es  the T SP pr otoc ol.       E n e r gy H ar ve s t i n g  ( EH ) I n f or m at ion  t r an s m is s ion   ( IT ) SR h S R D 1 D n D M n RD h RR h     Figure  1. Syst em   m od el           EH   at  R   ( ρ P S ) EH   at  R α  T IT   S  R  D n ( 1 - ρ ) P S ( 1 - α ) T T     Figure   2. The   powe r  s plit ti ng  pro t oco l       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2502 - 4752   Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci,   Vo l.   1 3 , N o.   2 ,  Fe bru ary  201 9   :   5 34   –   542   536   3.   THE  SYSTE M  PE RFO R MAN CE   In  this  sect io n,  we   analy ze d  an d  dem on strat ed  t he  syst e m   per f orm ance  analy sis  of  the  m od el     syst e m  [ 12 - 14] .   3.1.     Ener gy  ha r vest in g ph as e   I n t he first i nte rv al ,  the a ve ra ge  tra ns m it te d  powe r  at  the  r e la y ca n  be  calc ulate d   as :     2 2 1 1 ( 1 ) ( 1 ) 1 s S R r s S R TP h E P P h TT     ( 1 )     wh e re  01  is  ener gy   conver si on   e ff ic ie ncy,  01  is  tim e  switc hin g   f act or ,  P s   is  the  transm itted  powe r  at   source ,   h SR   i s the so ur ce  to rel ay  ch a nn el   ga in, respecti vely .   In the sec ond i nter val,  on ce   a gain  a ve rag e  tr ansm itted power at t he  r el ay   can  be give n  as :     2 2 2 2 ( 1 ) ( 1 ) ( 1 ) s S R r s S R T P h E P P h TT      ( 2 )     wh e re 01  is t he  po wer split ti ng   fa ct or .   Finall y, the am ount  of ave rage t ran sm it te d  powe r  at  t he  rel ay  can  be ob ta i ned   as :     2 12 r r r s S R P P P P h   ( 3 )     wh e re  we de note 1    .   3.2.     Tr an smi ssion ph as e   T he recei ve d  si gn al  at t he rel ay  can be e xpre ssed  as :     1 r S R s R R r r y h x h x n   ( 4 )     w he re   we  de note   2 ss xP  , 2 rr xP  ,   is  ex pec ta ti on   operat or,  h RR   is  lo opba ck  inter fere nc e  channel, a nd  n r   is t he  a ddit ive  wh it e  Gaussi an  noise ( A WGN )  wit h varianc e  N 0 .   The recei ve d  si gn al  at t he  n rd   destinat io n  ca n  be f or m ulate d   as :     n n n d R D r d y h x n    ( 5 )     wh e re  h RDn   is  the  relay   to   the  n rd   de sti nation  channel  gain,  n dn   is  the  a ddit ive  w hite  Ga ussi an  noise   (AWGN )   with  var ia nce  N 0 , a nd  1 , 2 , . . . , nM .   In   t his  m od el ,  we  co ns i der   de cod e   a nd  f orwa rd   protoc ol  ( D F) .  F r om   (4 ),   th e  sign a l  to  noise   rati o  (SNR )   at  the r el ay  ca n  be  cal c ulate d   as     2 1 2 0 ( 1 ) S R s R R r hP h P N   ( 6 )     Substi tuti ng (3 )  int o  ( 4) a nd usi ng the  fact t ha t N 0 <<P s , we  hav e     2 1 2 2 2 0 ( 1 ) ( 1 ) S R s s S R R R R R hP P h h N h     ( 7 )     Fr om  ( 5) a nd s ub sti tuti ng  (3), t he  S NR at t he  d est inati on ca n  be  cal culat e d   as ;     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci     IS S N:  25 02 - 4752       User  sel ect io n pro t oc ol in DF  coop e ra ti ve  ne t works wi th  hy br id  T SR - P SR  p r oto c ol  ba se d… (Ph u Tra n Ti n )   537   22 2 2 00 nn r R D s S R R D P h P h h NN      ( 8 )     Finall y, the e nd to  end  SN R   of the  pro pose d  syst em  can  be  obtai n   as :     2 1 2 m i n , ee     ( 9 )     In this a naly sis, p le ase  note th at  all  o f  t he  c ha nn el   belo ng   t o  Ra yl ei gh f a di ng   c ha nn el s .   Re ma r k 1:   Th e best user  selec tion pr otocol .   Fr om   ( 9),  we   pro pose  t he   opti m al   us er   sel ect ion  protoc ol  i n  w hic h  t he   best   sel ect ion  us e r  is  sel ect ed   as foll ows:     2 2 1 , 2 , . . . , m a x ( ) n RD nM h   ( 10 )     In [17 ] ,  the C um ula ti ve  Di stri bu ti on  Functi on  (CDF)  of  2   can  be give n   by the  fo ll owin g     2 2 / 0 ( ) ( 1 ) M py pp M p F y C e     ( 11 )     w he re  2 is t he  m ean  of RV 2 ,  an d  ! ! ( ) ! p M M C p M p .   The n,  t he  c orre sp on ding  Proba bili ty  D ensity  Functi on   (PD F)  ca n  be o btained   by t he foll ow i ng     2 2 1 ( 1 ) / 1 0 2 1 ( ) 1 M p py p M p f y C M e    ( 12 )     Re ma r k 2:  Ou tage  proba bil ity  ( O P).   Fr om  ( 9),  the  OP   of  DF   syst e m  can  be  ex pre ssed   as :     2 1 2 2 2 1 2 0 0 1 2 P r P r m in , m a x ( 1 ) P r m in , ( 1 ) P r m in , n e e t h t h s SR R D nM th RR th OP P h h N h                          ( 13 )     wh e re  we de note   2 22 2 1 2 0 1 0 , , m a x , , 2 1 n R s R R S R R D t h nM P h h h N  , and  R  is th e sour ce  r at e.   Fr om  ( 13 ),  t he OP ca n  be re w ritt en   as th e f ol lowing     0 1 2 ( 1 ) 1 P r P r t h t h OP         ( 14 )     In (14),  w e   de note     ( 1 ) 1 ( 1 ) ( 1 ) Pr Pr 1 th th th Ie            ( 15 )     wh e re   is t he  m ean  of  RV  .   And   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2502 - 4752   Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci,   Vo l.   1 3 , N o.   2 ,  Fe bru ary  201 9   :   5 34   –   542   538   12 2 0 1 2 1 2 2 2 0 2 0 2 0 P r 1 P r 1 | ( ) t h t h th I F f d     ( 16 )     Substi tuti ng (1 2) into  (16),  we ha ve     0 2 1 22 0 2 1 22 1 ( 1 ) / 2 1 2 0 2 0 1 ( 1 ) / 1 2 0 2 0 1 1 ( 1 ) th th M p p p M p pp M p M p I C M e e d CM e e d        ( 17 )     wh e re  1   is t he  m ean  of  RV  1 .   Applyi ng table  of inte gr al  e q (3.3 24, 1)  i n  [18],  the   ( 17)  ca n  be ref orm ulated   as     1 2 1 1 0 0 1 2 0 1 2 ( 1 ) 2 ( 1 ) 2 ( 1 ) M pp t h t h M p p I C M K p        ( 18 )     wh e re  () v K   is t he  m od i fied   Be ssel  functi on  of  t h e  seco nd k i nd and  v th   or der .   Substi tuti ng (1 6), (1 8) into  (1 4), OP ca n  be  c al culat ed   as     ( 1 ) 1 11 0 0 1 2 0 1 2 1 11 0 0 1 2 0 1 2 ( 1 ) 1 0 1 2 ( 1 ) 1 1 2 ( 1 ) 2 ( 1 ) ( 1 ) 1 2 ( 1 ) 2 ( 1 ) 2 ( 1 ) ( th th M pp th th M p M pp th th M p pp th M p O P e C M K p p C M K p C M e                    1 1 0 0 1 2 ( 1 ) 2 1) M th p p K p       ( 19 )     Re ma r k 3:  Th roughp ut .     ( 1 ) ( 1 ) ( 1 ) ( 1 ) RT O P O P R T    ( 20 )     Re ma r k 4:  Th e sy m bo l E rr or  Rat i o  ( SER ) an aly sis   In   this  sect io n,  we  obta in  ne w  ex pr e ssio ns   for  the  sym bo l  Error   Ra ti o  (SER )  at   the  dest inati on .  We   first c on si der the  ou ta ge pr ob abili ty , w hic h  was ob ta i ned   in  [19,2 1]. T hus,  we  have     2 (2 ee S E R Q      ( 21 )     2 /2 1 () 2 x t Q t e dx   is   the   Ga us si an  Q - functi on,     a nd    are  c onsta nts  w hic h  i s  sp eci fic  f or   m od ulati on   ty pe.   ( , ) ( 1 ,1 )  for   BP SK  and  ( , ) ( 1 , 2 )    for   Q PS K .  As   a  re su lt ,  be fore  ob ta ini ng  the   SER  perform ance,  the  distri bu ti on   functi on  of  2 ee   is  exp ect e d.   T he n,  we  beg i n  re w riti ng   the  SER  expressi on   give n  in (2 1)   directl y  in term s o f   out age  pro bab il it y at  the s ource  by  u sin g  i ntegr a ti on ,   a s foll ows     2 0 () 2 ee x e S E R F x d x x    ( 22 )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci     IS S N:  25 02 - 4752       User  sel ect io n pro t oc ol in DF  coop e ra ti ve  ne t works wi th  hy br id  T SR - P SR  p r oto c ol  ba se d… (Ph u Tra n Ti n )   539   Substi tuti ng (1 9) into  (22) a nd  rep la ce  th x , we  hav e:   1 11 0 0 1 2 0 1 2 ( 1 ) 1 0 11 0 0 1 2 0 1 2 1 0 1 2 0 ( 1 ) 1 2 ( 1 ) 2 ( 1 ) 2 ( 1 ) 2 ( 1 ) 2 ( 1 ) 1 ( 1 ) ( 2 M pp M x p M pp x M p x pp M x x p C M K p e SER dx x x x p C M e K p e dx C M x                   1 1 0 0 1 2 0 ( 1 ) 1 11 0 0 1 2 0 1 2 0 ( 1 ) 2 1) 1 ( 1 ) ( 1 ) 2 ( 1 ) M x p M p p x x M p px e K dx p px C M e e K dx p             ( 23 )     Her e  w e  d e note  that     1 0 2 x e J d x x    ( 24 )     Applyi ng table  of inte gr al  e q(3.361, 2) in  [18]     We  hav e   1 2 J   and  we den ote J 2   a s  foll ow i ng      1 2 1 1 0 0 1 2 0 1 2 0 1 ( 1 ) ( 1 ) 2 ( 1 ) M p p x M p px J C M e K d x p        ( 25 )     Applyi ng table  of inte gr al  e q(6.614, 5) in  [18] , w e  ha ve     0 1 2 1 1 2 2 1 0 0 0 1 2 0 1 2 0 1 2 11 ( 1 ) 4 2 2 p M pp M p M p p J C e K K        ( 26 )     ( 1 ) 1 3 1 1 0 0 1 2 0 1 2 0 1 ( 1 ) ( 1 ) 2 ( 1 ) M p p x x M p px J C M e e K d x p           ( 27 )     Finall y, SER  of the  syst em   mo del ca n  be c al culat ed   as     1 2 3 S E R J J J     ( 28 )       4.   NUMER IC A L RES ULTS  AND DIS C USSION   In   t his  sect ion,  the  Mo nte   Ca rlo  sim ulati on   is  us e d   f or   validat ing   the  a naly ti cal   expressio n  i n  the  a bove  sect ion .   We   co ns ide r  a   netw ork  with   on e   s our ce,  one  relay ,  a nd  m ulti - destin at ion ,   wh e re  source - relay   a nd   relay - destinat io n dist ances a re  bo t h norm al iz ed  to u nit  value. M oreo ver,  we  in ve sti gate an d  c om par e TSR, P SR an d  TPSR cases  in t he  co nnect io n of al l p os sible  syst e m  p aram e te rs.     The  ef fect  of  η  on  the   ou ta ge  pro ba bili ty   and  syst e m   throu ghpu t   of  t he  pro pose d  relay   net work  syst em   in  the  com par ison   betwee n  T SR,  PSR,  TP S R  cases  are  show n   in  Fi gure  3  an d  4.  I n  the se  Fig ure s,  we  set   the  m ai n  syst e m   p aram et ers  as  P s /N 0 =  10   dB,  R= 0.5  bps,   a nd  M= 2.  From   the  res ults,  the   analy ti cal   and   th e   si m ulati on   res ults  m at ch  fo r   al l  po ssible  va lues  P s /N 0 .  F ig ure   3  s hows   that  the  ou ta ge  pro ba bili ty  has   a  consi der a ble   de crease  w hile  η   inc reases   f ro m   0  to   1.  O n  an ot her  hand,  syst e m   thro ug hput  s ign ific a ntl y  inc reases  in  c onnecti on  with   i ncr easi ng  of  η   f ro m   0  to  1.  T he   resea r ch  res ults  s how  t hat  the   ou ta ge  pro ba bili ty   and  th e   syst e m  thr ough pu t  ha ve  the   be tt er v al ue  in  t he  TPS R ca se in  co m par iso n w it h  the  oth e rs  c ases.         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2502 - 4752   Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci,   Vo l.   1 3 , N o.   2 ,  Fe bru ary  201 9   :   5 34   –   542   540       Figure  3. O uta ge pr obabili ty  v ers u s η       Figure  4.  Th r ough pu t   ve rsus  η           Figure  5. O uta ge pr obabili ty  v ers us  M           Figure  6.  Th r ough pu t   ve rsus  M           Figure  7. O uta ge pr obabili ty  v ers us   P s /N 0           Figure  8.  Th r ough pu t   ve rsus  P s /N 0           Figure  9. Com par is on SER  ve rsu s  M           F igure  10. C om par ison  S ER  ver s us   P s /N 0   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci     IS S N:  25 02 - 4752       User  sel ect io n pro t oc ol in DF  coop e ra ti ve  ne t works wi th  hy br id  T SR - P SR  p r oto c ol  ba se d… (Ph u Tra n Ti n )   541   Finall y,  Fi g ure s   9  a nd   10   pl ot  the  e ff ect   of   M  and  P s /N 0   on  S ER  in   the   c om par iso n   bet ween  TSR,   PSR,   TSPR  ca ses  wi th  the   m ai n  pa ram et ers  of   P s /N 0 =1 0,  η= 0.8 ,  and   M= 2.  The   SER  decr ease s   w hile  M   an d  P s /N 0   increases   f ro m   1  t o  10  a nd 0   t o  20, r es pecti ve ly .  The   res ults  sho w  t hat  al l sim ulati on   a nd  analy ti cal   res ul ts  are   m at ched  w el l  with eac h  oth e r .  M or e over ,  S ER i n  case  TS PR is bett er  tha n  the   rem ai nin g   cases .   Fu rt her m or e,   the  ou ta ge  pro bab il it y  an d  s yst e m   thro ug hput  of  the   pr opose d  syst em   ver s us  M  are   il lustrate d  in  th e  Fig ure   5  a nd   6  with  P s /N 0 = 10   dB  an d  R= 0.5  bps.  From   the  res ults,  we  sh ow  that  th e  ou ta ge   pro bab il it y  inc reases  a nd  t he  syst e m   throughput  decr ea se   r e m ark ably   with  i ncr easi ng  M   from   0  t o  10.  On  the   sam e  way,  t he  ou ta ge  prob a bi li ty   and   the  sys tem   thro ug hput   ver s us   P s /N 0   with  R= 0.5  bp s  an d  M= 2  as   s how n  in  Fig ure s. 7 a nd 8.  All t he  a naly ti cal  an d  si m ula ti on  r e su lt s  ag ree   well  w i th each   ot her .       5.   CONCL US I O N   In  this   w ork ,   w e  in vestigat e  t he   syst em   per f orm ance  of   the   e nergy  harvesti ng  f ull - duple x  ( FD )   dec od e - and - f orwa rd   ( DF )  hybri d T S R - PSR  pr oto c ol   relay ing   net w ork.   In   t he se le ct ion   sc hem e,  t he best  us er  s el ect ion   protoc ol  is  pro po s ed   a nd  in ve sti gated.   Ma inl y   we  de rive   the   cl os ed - f orm   e xpressi on   f or   t he  ou ta ge  probabil it y,  syst e m   throu ghput  a nd  t he  sym bo l  error  rate   (SER )   of  t he  s yst e m .  Nu m erical   res ults  are   al so   pr e sente d  by  the   Mon te r   Ca rlo   s i m ulati on   to   va li date  the   the oret ic al   analy sis  in  c onnecti on   with   t he   al l  possible  par am eter s  i n  the  com par iso n   bet wee n  TP S R,  TS R  an d  P SR  cases.  T he  researc h  resu lt s  show   that  TP SR  case  is  bett er  tha n  the  oth e rs   in   t erm   of  outa ge   pr ob a bili ty   an d  SER.   T his   pa per  pro vid es   the  novel   rec om m end at ion  f or  th e   com m un ic at ion   relay ing   net work  in  the  ne ar futu re .       REFERE NCE S   [1]   Chen,  He,  Cha o  Z h ai ,   Yongh ui  L i,  and   Br anka  Vuce t ic.  "Coopera ti v e  S tra t egi es   for   W ire le ss - Pow ere d   Com m unic at ions:  An  Overvi ew. "  IE EE  Wirel ess  Com municat ions   2 5,   no .   4   (0 8  2018):   112 - 19.   doi: 10. 1109 /mw c. 2017. 1700245 .   [2]   Bi,  S.,  Ho,   C.   K.,  &  Zha ng ,   R.   W ireless  powere d  communic a ti on:   Opp ortuni ties  and  cha l le nges.   I EEE   Comm unic ati ons Magazine ,   2015 ;  53 :  117 - 125.   [3]   Ni y a to,  D.,   K im,   D.  I.,  Maso,   M.,  &  Han,  Z .   W ireless  Pow ere d  Co m m unic at ion  Ne tworks:  Resea r c h  Dire c ti ons  and   Te chno logi c al Approac hes.   IE EE Wi rel ess Comm unic ati ons ,   2017 ,   2 - 11 .   [4]   Yu,  H.,   Le e ,   H. ,   &  Jeon,   H.   (20 17,   10).   W ha t  is   5G ?   Emerging  5G  Mobile   Serv ic es  and   Networ k  Requi rement s.  Sus ta ina bilit y ,   2 017,   9 ,   1848 .   [5]   C.   R.   Va le nt a  an d  G.  D.  Durgin,   ‘‘Harve sting  wir el ess  power:   Sur ve y   of  en erg y - h arv este r  conve rs ion  eff i ci e nc y   i n   far - field,   wire le s s power  tr ansfe r s y stems , ’’  I EE E   Mic row.  Mag . ,   2 014 ;  15 ( 4 ):   108 - 120 .   [6]   La i ,   Xi az h i,  W a nxin  Zou ,   Xutao   Li,   and   Li sh eng   Fan.   "M ult iuser   En erg y   Harv est ing  Re lay i ng  S ystem  with  Di rect  Li nks."  I ET  Co mm unic ati ons   1 1,   no .   12   (08, 20 17):   1846 - 852.   d oi: 10. 1049 /i e t - c om . 2016. 1288.   [7]   Kawaba ta,   Hirok i,  and   Koji   Ishib ashi.  " R F  Ene rg y  Powe red   F ee d back - aid ed   Coo perati on. "   2014   IEE E   25th   Annu al  Inte rna ti ona l   Sy m posium   on  Personal,  Indoo r,   and   Mobile  Rad io   Com muni cation   (PIM RC) ,   09   201 4 .   doi: 10. 1109 /pi m rc. 2014 . 713 6211 .   [8]   Krikidi s,  Io anni s ,   Ste li os  T imotheou,   and  Shig en obu  Sasaki.  "RF   Ene rg y   Tr ansfe r  for  Cooper at i v e  Networks:  Da t a   Rel a y ing   or  Ene rg y   Harve s ti ng ? "  IE EE   Comm unic ati ons  Lett ers   16,   no.   11  (11  2 012):   1772 - 77 5.   doi: 10. 1109 /l co m m . 2012. 091712. 121395.   [9]   Nasir ,   Al i  A. ,   Xi ang y un   Zhou ,   Salman  Durran i,  a nd  Rodne y   A .   K enne d y .   "Rel a y i ng  Protocol s   for  W ire le ss   En er g y  Harve sting  and   I nform at ion  Proc essing. "  IEEE  Tr ansacti ons  on  Wi rele ss   Comm unic ati ons   12,   no.   7  (07  2013) :  3622 - 636.   doi :10. 1109 /t wc. 2013 . 06241 3. 122042.   [10]   La neman,  J . n. ,   D.n. c .   Tse ,   and   G.w.  W orne ll .   " Coopera t ive  Div ersity   in   W ireles s  Networks:   Eff i ci en t  Proto col s   a nd   Outage   B eha v i or. "  IE EE  Tr ansacti ons  on   Information  Theory   50,   n o.   12   ( 12  2 004 ):  3062 - 08 0.   doi: 10. 1109 /t it.2 004. 838089.   [11]   Micha lopoul os ,   Diom idi s   S.,  H imal  A .   Surawee ra ,   and   Rob e rt  Schob er.  "Re lay   S el e ction   f or  Sim ult an eou s   Inform at ion  Tr a nsm ission  and  W ire le ss   Ene rg y  Tra nsfer:   A  Tradeoff  Perspec ti v e. "  IE EE   Journal  on  Selec te d  Ar eas  in  Comm unic at i ons ,   2015,   1.   doi :10. 1109/j s ac . 20 15. 2391771.   [12]   Ta n   N.   Ngu y en,  T. H.Q.Minh ,   Phuong  T .   Tra n   and   Miroslav   Vozn a k.   Ene rg y   Harv e sting  ov er  R ic i an   Fading   Chann el :  A  Perform anc e   Anal y sis   for   Ha lf - Duplex   Bidi r e ct ion al  Sensor  Networks  under   Hardwar e  Im pai rm ent s.  S ensors ,  2018,   18 .   [13]   Ta n  N.   Ngu y en ,   T. H.Q.Minh ,   Ph uong   T.  Tr an  an d  Miroslav  Vozn ak.   Adap ti v e  En erg y   Harv esti ng  Rel a y ing   Protoc ol   for  Two - W a y   H al f   Duplex   S y s t em  Network   ov er  R ic i an   Fadin g  Chann el.   Wire le ss   Comm unic a ti ons  and   Mob ile  Computing ,   201 8.   [14]   Ti n,   Phu  Tra n ,   T ran   Hoang  Quan g  Minh,  Ta n  N .   Ngu y en ,   and   Mi ros la v  Vozna k .   " S y stem  Perform anc e   Anal y sis  of   Half - Duplex   Re lay   N et work  o ver   Ri cian  Fad ing  Chann el."  TEL KOMNIKA   Tele communic a t ion,  Computing ,   El e ct ronics  and   Control ,   16 ,   no .   1  ( 02,   2018 ):  18 9.   doi :10. 12928 / te lkomnika . v16i 1. 7491.   [15]   Rashid,   T ari qu e,  Sunil  Kum ar ,   Aks ha y   Verm a,  Prate ek  R aj   G au ta m ,   and  Arv ind   Kum ar.   "P m - EE MRP :  Pos tura l   Movem ent   Base d  En erg y   Eff i cient   Multi - hop   R outi ng  Proto col  for  Intr a   W ire l e ss   Bod y   Sensor  Network   (Intr a - W BS N)."  TEL K OMNIKA   Telec omm unic ati on,   Computing,  Ele ct ronics   and   Co ntrol  16 ,   no.   1   (02,   2018 ):   166 .   doi: 10. 12928 /t e l kom nika . v16i1. 7 318.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2502 - 4752   Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci,   Vo l.   1 3 , N o.   2 ,  Fe bru ary  201 9   :   5 34   –   542   542   [16]     A.  F.   Morabit o ,   "P ower  S y nthe si s of  Mask - Constrai ned   Shaped   Bea m s T hrough M axi m al l y - Spar se  Plana r   Arra y s , "   Telk omnika   ( Tele communic at ion   Computing Elec tronic s and  Con t rol) ,   2016 ;   14 ( 4 ) :  1217 - 1219 .   [17]   Ngu y en ,   T .   N. ,   T.   T.  Du y ,   G. - T.  Luu,  P.  T.   Tra n ,   and  M.   Vozna k .   "Ene rg y   H arv es ti ng - base d   Spectrum   Acc ess  with   Inc rement a l  Coo per ation,   R el a y   Sele c ti on  and  Hardware   Noises. "  Radi oengi n ee r ing   26,   no .   1  (0 4,   2017):   240 - 5 0 .   doi: 10. 13164 /re . 2017. 0240.   [18]   Ta bl e  o f   Inte gr als ,   Serie s ,   an d  Pr oduct s,  2015 .     [19]   Mcka y ,   Matt h e w  R. ,   Alex   J.  Grant ,   and  Iai n   B.   Coll ings .   " Perform anc e  An aly s is  of  MIM O - MRC   in  Double - Corre lated   Ra y l ei gh  Envi ronm e nts."  IE EE  Tr ansacti ons  on   C omm unic ati ons   55,   no .   3   ( 03   2007 ):  497 - 507 .   doi: 10. 1109 /t co m m . 2007. 892450.   [20]   Tra n  Ho ang  Qu ang  Minh.   "H y b rid  T ime - Pow er  Sw it chi ng  Proto col   of   En erg y   H arv esti ng   Bidi r e ct ion al   R ela y ing   Network:   Throu ghput  and  Ergod ic   Cap acit y   Ana l y sis."  TEL KOMNIKA  Telecomm unic ati on ,   Comp uti ng,   Elec troni c s   and  Control ,   16,   no.   5  (10 ,   2018) :  189.   htt p :/ /dx . d oi. org/10 . 12928/ te lkomnika . v16i 5 . 9118.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.