T E L KO M NIK A , V ol . 17 ,  No. 5,  O c tob er   20 1 9,  p p. 2 20 0~ 220 7   IS S N: 1 69 3 - 6 93 0 ,  accr ed ited   F irst  Gr ad e b y  K em en r istekdikti,  Decr ee  No: 2 1/E/ K P T /20 18   DOI:   10.12928/TE LK OM N IK A .v 1 7 i 5 . 11111   ◼    22 00       Rec ei v ed   S ep te mb er 5 , 2 0 1 8 ; R ev i s ed   J a nu ary  1 ,  20 1 9 ; A c c ep t ed   Ma r c h 1 2 , 2 01 9   Com pariso n s tu d y  o n secrec y   p robab i lit y   of   A F - NO M A   and   A F - O M A   n e t w o rks       Din h - T h u an Do * 1 ,  M inh - S ang  V an  Ng u y en 2 , T h i - A n h  Ho ang 3   1 W i re l e s s  Co m m u n i c a ti o n s  R e s e a r c h  Gr o u p ,  T o n  Du c  T h a n g  Un i v e rs i ty ,  Ho  Ch i  M i n h  Ci ty ,  Vi e tn a m   1 Fa c u l ty  o f  E l e c tr i c a l  &  E l e c tr o n i c s  En g i n e e r i n g ,  T o n  Du c  T h a n g  Un i v e r s i ty ,    Ho  Chi  M i n h  Ci ty ,  Vi e t n a m   2, 3 Fa c u l ty  o f  El e c tro n i c s  T e c h n o l o g y ,  In d u s tri a l  Un i v e r s i ty  o f  Ho  Chi  M i n h  Ci ty  (I UH ),  Vi e t n a m   * Corre s p o n d i n g  a u th o r,   e - m a i l :  d o d i n h th u a n @t d tu .e d u .v n 1 ,  n g u y e n v a n m i n h s a n g @ i u h . e d u . vn 2 ,  h o a n g th i a n h @i u h .e d u .v n 3       Ab strac t     Th e   s tri c tl y   p o s i ti v e   s e c r e c y   c a p a c i t y   (SPSC)   p e rf o rm a n c e   i s   e x a m i n e d   i n   a   n e w  d e s i g n   o f     non - o rt h o g o n a l   m u l ti p l e   a c c e s s   (NO M A)  c o n s i d e re d   i n   th i s   s t u d y .   Th i s   s y s te m   m o d e l   e m p l o y s     Am p l i fy - a n d - Fo rw a rd   (AF)   re l a y i n g   s c h e m e   to   s e r v e   fa r  u s e r s .  In   th i s   s c h e m e ,  a   tra n s m i tt e r   s e n d s   c o n f i d e n ti a l   s i g n a l   to   fa r  u s e rs .  It   c a n   b e   ra i s e d   fa l l i n g   p e rfo rm a n c e   i n   t h e   p re s e n c e   o f  a n   e x te rn a l   e a v e s d ro p p e r   i n   s u c h   NO M A  s y s te m .  W i th   r e g a rd   to   o rth o g o n a l   m u l ti p l e   a c c e s s   (O M A),  p e rfo rm a n c e   o f   NO M A  s y s te m   m o d e l   i s   c o m p a re d .  I n   p a r ti c u l a r,  tra d e o ff   t h e   SPSC   p e rfo rm a n c e   a n d   tr a n s m i t  SNR   i s   e x a m i n e d .  In   th i s   s tu d y ,   th e   SPSC   i s   e v a l u a te d   a s   t h e   s e c re c y   m e tr i c   to   l i m i t   i m p a c t s   o f  th e   p ra c ti c a l   p a s s i v e   e a v e s d ro p p e r  i n   r e a l   s c e n a r i o .  It   i s   c o n f i rm e d   t h a t  th e   s e c re c y   p e rf o rm a n c e   o f  NO M A  i s   s i g n i fi c a n t l y   l o wer  th a n   O M A   d u e   to   re l a t e d   p a ra m e t e rs   c h a ra c te r i z a ti o n   i n   NO M A,  a n d   i t  s h o u l d   b e   c o n tr o l l e d   b y   v a r y i n g   re l a te d   c o e ff i c i e n t s .  As   m a i n   re s u l t s ,  b o th   o f  NO M A  a n d   O M A  a g a i n s t  to   i m p a c t  o f   e a v e s d ro p p e r  i s   s tu d i e d  i n  t e r m s  o f  a n a l y ti c a l l y  re s u l t  a n d  n u m e ri c a l l y  re s u l t.       Key w ords :  n o n - o rth o g o n a l  m u l ti p l e  a c c e s s ,  p h y s i c a l   l a y e r s e c u ri ty ,  s e c re c y  o u ta g e  p ro b a b i l i t y         Copy righ t  ©  2 0 1 9   Uni v e rsi t a s  Ahm a d  D a hl a n.  All  rig ht s  r e s e rve d .       1.  Int r o d u ctio n   In  order   t o  s ati s f y   th e  c on ti nu ou s   pro gres s   of   m ob i l e   us ers   an d  f as t  de v el op m en t  of   Int erne t  of   thi ng s   ( I oT ) ,  ne w  tec h ni qu es   s ho u l d   be   a dd r es s ed .   In   th i s   c i r c um s t an c e,  the   f i f th  ge ne r ati on   ( 5G )   wi r e l es s   c om m un i c ati on   ne t wor k s   ha v e  c ha l l en g es   on   an   ex pl os i v e  de m an d  on   l o w   l ate nc y   a nd   m as s i v e  c on ne c t i on   whi l e  th e y   are  un d er  l i m i ted   r ad i o  r es ou r c es .    Non - orth og o na l   m ul ti pl e  a c c es s   ( NO MA )   ha s   s ho wn   the   p ote n ti a l ,  a nd   i t  i s   c o ns i de r e d  as   a  prom i s i ng   tec hn o l o g y   i n  5 G   ne t w ork s   [1 – 3].   Ma i n  ad v an t ag es   i nc l u di n g  i m prov e d   s pe c tr al   ef f i c i en c y ,  e nl arge  c o nn e c ti on s ,  an d   l o w   ac c es s   l ate nc y .   Com pa r ed   wi th   the   tr ad i ti o na l   orthog on a l   m ul ti p l e  ac c es s   ( O MA ) ,  NO M A   s i m ul tan e ou s l y   s erv es   a  m an y   us er   wi th  the   s am e   r ad i o   r es ou r c e  b y   us i n g  s u pe r po s i t i o n  c od i n g,  at   tr an s m i tte r .  A t   r ec ei v er  s i de ,  b y   i m pl em en ti ng   the   s uc c es s i v e  i nte r f erenc e   c an c el l at i on   ( S IC) ,  di f f erent  us ers   w i t h  d i f f erent  po wer   l e v e l s   c an   be   de tec te d a f ter e l i m i na ti ng  t he  m ul ti us er  i nte r f erenc e.    In  NO M A ,   us er  f ai r n es s   i s   al s o   a  i m po r tan t  f ea t ure  of   NO M A .   In   c om pa r i s on   wi th   c on v e nti on a l   wate r f i l l i n g  p o w er  a l l oc a ti o n,  NO M A   i n ten ds   to   di s tr i bu t e  l es s   po w er  to  us ers   wi th   be tte r   c h an n el   c on di t i on s   a nd   m ore  po w er  to  u s ers   wi th   w ors e   c ha n ne l   c on d i ti on s ,  an d  he nc e  a n  i m prov ed   tr a de - off   be twee n  s y s t em   throug hp ut  a nd   us er  f a i r ne s s   i s   r es ol v ed .  T he r ef ore,  m ul ti pl e  us ers   are  op er ate d  at  th e  s am e  ti m e,  fr eq ue nc y   an d  s prea di n g  c od es   b ut  di f f erent  po wer   l e v e l ,  whi c h  l e ad s   to   an   i nc r ea s e   i n   s pe c tr al   ef f i c i en c y   an d  u s er  f ai r ne s s   i s   gu ara nte e d a s   wel l .    In  [ 4 - 8],   th e  r e l i ab i l i t y   of   w i r el es s   ne t w ork   wi l l   be   i m prov ed   as   r el a y   i s   em pl o y ed .     T he   ou tag e  an d  thro ug h pu t  pe r f or m an c e  of   s uc h  r el a y i n g  s c he m e  prov i de   l arge   c ov erag e  a nd     hi g h - s pe ed   d ata   r ate s   f or  ne x t  g en era ti o n  wi r e l es s   n et w ork s .  Depl o y i ng   r el a y i n g  s c he m e  to  NO MA ,  the   au t ho r s   i n   [9]   i n v es ti ga te d  f or  c oo pe r ati v e  NO M A   ( C - NO MA )   ne t wo r k s   i n  term   o f    the   ac hi ev ab l e  a v era ge   r at e.  In  [10 ] ,  m ul ti pl e - an te nn a   c oo pe r at i v e  ne t wor k   i s   ap pl i ed   to  NO M A   to  i m prov e t he  s y s t em  pe r form an c e,  an d t h e s y s tem  ou tag e p r o ba b i l i t y   w as  t he n  an a l y z e d.    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KO M NIK A     IS S N:  1 69 3 - 6 93 0   ◼     Comp aris on  s t ud y  on  s ec r ec y  proba b i l i ty  of   A F - NO M A   an d  A F - O M A …  ( Di nh - T hu an  Do )   2201   T he   m ul ti pl e - i np ut - m ul ti p l e ou tp ut  ( MIM O )   as s i s ted   N O MA   ne t wor k s   are  ex a m i ne d  i n  term   o f   ergodi c   c ap ac i t y   m ax i m i z a ti on   pro bl em   an d  th e y   pres e nte d  an   op t i m al   po w er  al l oc at i o n   s c he m e  [11 ].  I n  [12 ],  a  c e l l ul ar  d o w n l i nk   NO MA   ne t wor k s   w ere   s tu di ed   i n  t w o  m etri c s   s uc h  as   the   ou t ag e   b eh a v i or  an d   the   ergo di c   s um   r ate .   G e ne r al l y ,  i m prov ed   s y s tem   c ap ac i t y   an d   en ha nc ed   r el i a bi l i t y   are  m ai n   c ha r ac ter i z ati on   i n   C - N O MA   ne t wor k s   w hi c h   c on ti no us   att r ac te d  s o m e  att en t i on s .  I n  [13 ] ,  N O MA   w as   ap pl i e d  to  i m prov e  th e  s pe c tr al   ef f i c i en c y   a s   c oo r di na t ed   di r ec ted   a nd   r e l a y   tr an s m i s s i on   are  j o i nt  de pl o y e d.   In  [ 14 ],   th e  a uth ors   pro po s ed   a  n e w   de tec t i on  s c he m e t o p erf orm  ap pl i c at i on s   i n  the  C - NO MA   ne t wor k .   T he y   pres en t e d a   s u bo p ti m al   an d  prac ti c a l  po wer  a l l oc ati on  s tr ate g y   [14 ] .   A dd i ti on al l y ,   as   a   r el i ab l e   a dd i t i o na l   l a y er  of   ne t wor k ,  ph y s i c al   l a y er   s ec urit y   ( P L S )   h as   be en   pro po s ed   to  protec t   ag a i ns t  wi r eta pp i ng .   P LS   h as   m an y   ad v a nta g es   i n  c o m pa r i s on   wi th  c on v e nti on a l   c r y pto grap hi c   m eth od ol og i es .  W e  c an   en ha nc e  ne t wor k   s ec urit y   b y   d ep l o y i n g     the   m ai n  c ha r ac teri z at i on   o f   w i r el es s   c ha nn e l s   as   the y   are  i n  r an d om   m an ne r .  Rec en tl y ,  a  l ot  of   pa pe r   f r om   the   r es ea r c h  c o m m un i t y   to  s ho w   th e  pe r f or m an c e  of   P LS ,  e.g .,  i n  r el a y     ne t w ork s   [15 ]  an d  c og n i t i v e  r el a y   ne t wor k s   [16 ].  Int e r es ti ng l y ,  i t  c an   be   i n c oo p erate  em ergi ng   tec hn i qu es   [1 7 - 21 ]  wi t h  N O MA   to  f orm   r el i ab l e  NO MA .  T he   r ec en t  wor k s   r ep orted  i n  [22 - 25]  ex hi b i ts   b en ef i ts   as   i m pl em en tat i on   of   NO M A ,   a nd   t he y   ne e d  be   c o ns i de r ed   s ec ure  pe r f or m an c e  as   ex i s ten c e   of   ea v es dropp er.   M oti v at ed   b y   ab ov e  a na l y s i s   an d   i n te r es ti ng   r es ul ts   pres en te d  i n  [ 15 ],   th i s   p ap er  f i r s t  i ntro du c es   a na l y t i c al   ex pres s i on s   of   S P S C  p erf or m an c e  to   c o m pa r e  w i t h  O M A   s c he m e  b y   c o ntrol l i ng   r el a ted   c oe f f i c i en ts   c on s i s ti ng   of   S NR,   po wer   al l oc ati on  f ac tor.       2.  S ys t em mo d el   T hi s   pa p er  i ntro du c es   i n  F i g ure   1  ne w   m od el   i nc l ud i ng   a   ba s e   s tat i on   ( S ) ,  t wo   us ers   wi th  s tr o ng   us er  D 1,  a nd   weak   us er  D2,  a  h el pi n g  r el a y ,  a nd   un w a nte d  ea v es dropp er  ( E )   i n  a    NO MA - a war e  c el l ul ar  ne t wor k .  Rega r di ng   w i r el es s   c ha nn e l ,  a l l   th e  c ha nn el s   f ol l o w   i nd e pe n de nt   Ra y l e i gh   di s tr i bu t i on   f ad i n g.  It  w ort h  no ti n g  th at  i n  no n - s ec ure  c i r c um s tan c e,  s i gn a l   o bta i ne d    the   m es s ag es   f r o m   r el a y   to   us ers   c an   be   o v erh ea r   b y   us er  E ,   i nc l u di n g  t he   f orw ar di n g  s i gn a l   at  r el a y s ,  an d  c orr es p on d i n g  de c od i ng   proc ed ure .  A l l   l i n k s   at  e ac h  no d e  pa i r   of   S - R,  R - D1,  R - D2,   R - E   h av e  c ha nn e l   ga i ns   ar e  r ep r es e nte d  b y   2 SR h , 22 12 , DD gg ,  a nd   2 E g ,  r es pe c ti v e l y .   T he n,    SR ,  1 D ,  2 D    and  E   are  c al l ed   as   t he   Ra y l e i gh   c h an n el   c oe f f i c i en ts   c orr es po nd i ng   to    c h an n el   2 SR h ,  22 12 , DD gg ,  an d   2 E g ,  r es pe c ti v el y .  Nex t,  , R PP   are   tr an s m i t  po wer   at   n od e   S   an d  R   a nd   no i s e  po wer   term s   de no ti ng   as   0 N   at  no r m al   no d es   are  th e  s am e,  an d  no d e  E   i s   E N .  In  c on s i de r e d  s i tua ti o n,  no de   S   i s   l oc at ed   i n  the   c en t er  o f   the   c el l ,  an d  us er  D1  l oc a ted   c el l - c en ter  whi l e  us er  D 2  an d  us er  E   are  v er y   c l os e  to  t he   c e l l - ed ge .  In  t hi s   s c en ar i o  n o  di r ec t  l i nk s   are   ex i s ted   b et w e en   S   an d  th e  us ers ,  as   wel l   as   E .  W e  f urther  as s u m e  tha t  s i n gl e  a nte nn as   eq u i pp ed  a t a l l   no d es  i n  th e  ne t wor k .           F i g ure   1.  S y s tem   m od el   of  s ec ure NO MA   as  ex i s te nc e  of  ea v es dropp er   Re l a y -   R S D 1 D 2 E Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
             ◼                IS S N: 16 93 - 6 93 0   T E L KO M NIK A     V ol .   17 ,  No .  5,  O c tob er 20 19 :   220 0 - 22 0 7   2202   T o  pe r f or m  NO MA  trans m i s s i on , t he  r ec e i v ed  s i gn al   at  the  r e l a y  R  i s  gi v e n b y     ( ) 1 1 2 2 , N O M A S R S R S R y h P s P s n  = + +   ( 1)     where  12 , ss   are  th e  n orm al i z ed   s i gn a l   d ed i c a ted   f or  D1 ,  D2 ,  r es pe c ti v e l y ,   SR n   i s   A W G N  no i s e   It  i s   as s u m ed   tha t  22 12 1 E s E s == .  In  NO MA ,  12 ,    are  de no t ed   as   po w er  a l l oc ati o n  f ac tors   an d  we  as s um e  tha t  12    to   s ti pu l ate   be tt er  f ai r n es s   be t wee n  th e  us ers .  It   i s   f urther  r eq u i r ed   12 1  += .   In  th e  s ec on d  t i m e  s l ot,   th e  r el a y   am pl i f i es   an d  f or war ds   i ts   r ec e i v ed   s i gn al s   b y   us i ng   A F  s c he m  to  th e t wo NO M A  us ers . T he n,  t he  r ec e i v ed  s i gn a l  a t th e u s er  i D   i s       ,   1 , 2 N OM A N OM A RD Di SR RD y g y n i = + = ,   ( 2)   where     i s   t he   am pl i f y i n g  f ac tor  g i v en   b y   2 0 R SR P P h N = + ,  RD n   i s   A W G N  no i s e .    B as ed   r ec e i v ed   s i g na l   at  de s ti n at i on ,  we   ob ta i n  th e  f ol l o wi n g   i ns tan t an e ou s     s i gn a l - to - i nte r f erenc e - pl us - no i s e ra ti o (SI N R)  as     22 2 11 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 S R D S R D D S R NO M A hg h g g h  = ++ + ,     ( 3)   22 2 22 22 2 2 1 SR D D SR N O M A hg gh   = ++ .     ( 4)   then ,  th e   i ns t an ta ne o us   r at es  are c om pu ted  at  Di       ( ) 2 0 . 5 l o g 1 , N O M A N O M A D i i R =+   ( 5)     where 00 R P N P N = =   s tan ds   f or  tr an s m i t  S NR  a t  no de   S .  I n  tr us te d  r el a y - b as ed   NO MA ,     the   pa r a l l el   i nte r f erenc e  c a nc el l ati on   ( P I C)   i s   us ed   at  E   to  di s t i ng ui s h  t he   s up er i m po s ed   m i x ture .   T he n,  we c an   ex pres s  th e c ha nn el  c a pa c i t y  f r om  th e rel a y  to   E  as     ( ) 2 0 . 5 l o g 1 , N O M A N O M A E i E i R =+   ( 6)     where   22 2 22 1 NO M A E SR E i Ei E E SR hg gh   = ++   i s   the   r ec ei v e d  S IN R  at  E ,  w h i l e EE R PN =    i s   the   av era ge   S NR of  th e i l l eg a l   l i nk  be t ween  t he  r e l a y  a nd   E .   It  i s   d en ot ed   N O M A Ei R   as   c ha n ne l   c ap ac i t y   at   , 1 , 2 i Di = ,  the   A F - ba s e d  NO M A   s y s tem s   ob ta i n   s ec r ec y  r ate   of  th e f or us er  , 1 , 2 i Di =    i s  gi v en  b y     , N O M A N O M A N O M A i D i E i RR + =−       ( 7)   where  m a x , 0 . xx + =       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KO M NIK A     IS S N:  1 69 3 - 6 93 0   ◼     Comp aris on  s t ud y  on  s ec r ec y  proba b i l i ty  of   A F - NO M A   an d  A F - O M A …  ( Di nh - T hu an  Do )   2203   3 .  S P S C   in NO M A   In  NO MA   s y s t em s ,  S P S C  i s   i m po r tan t  m etri c   to  ex a m i ne   p erf or m an c e  i n  s i tua t i o n  tha t   us i ng   t he   h el pi n g  r el a y   t o  f orw ard  t w o  s i gn al s   f r o m   the   S   to  f ar  us ers   c on s i s ti n g  of   D1  an d  D2 .     In  pr i nc i pl e ,  S P S C   i s   de f i n ed   as   pro ba b i l i t y   to  i ts   r e l at ed   i ns ta nta ne o us   r ate s   i s   p os i ti v e   um be r .  In  pa r t i c ul ar,  w e c a l c ul ate   S P S C  as     ( ) ( ) 12 1 1 2 2 P r 0 0 P r , . N O M A N O M A N O M A N O M A N O M A N O M A EE N OM A AF SP SC or  = =   ( 8)     In  s uc h   c as e  1 2 1 ,, N O M A N O M A N O M A E  an d   2 N O M A E   are  c orr el at ed   an d  t he s e   f ac tors   r es ul ts   i n u ntrac tab l e   ex ac t c om pu tat i o n.  F ort un at el y ,  i t c an  be  ac hi e v e d t h e f ol l o wi ng   up p er bou nd s  as     2 1 2 2 1 N OM A   ,  22 2 2 22 2 SR E E SR NO M A hg gh   +   an d  22 2 22 , 1 , 2 E S R E i E E S R NO M A Ei hg i gh  = +       then ,  ap prox i m ate  ex pres s i on  of   N O M A AF S P S C   c an  be  o bta i ne d a s     2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 2 2 Pr , . E S R E S R E E S R E E E S R E S R E E S R NO M A AF h g h g h g S P S C g h g h g h + + +        ( 9)   i t  i s   no te d t h at  us i ng   i n eq u a l i t y   ( ) m in , x y x y x y + ,  w e f urther c om pu te  S P S C as       ( ) ( ) ( ) 2 22 2 1 1 2 2 2 2 2 2 2 m in , , Pr . m in , m in , S R E E N O M A AF S R D S R E E S P S C hg h g h g           ( 6)     ( 10 )   to  ad dres s   th i s ,  we  us e   the   f ac t  ( ) ( ) ( ) 1 2 1 1 2 P r , P r P r , e e e e e =− ,  w he r e  2 e   de no tes     the  c om pl em en tar y  e v e nt  o f   2 e . T he n,  w e  ha v e     ( ) ( ) 1 2 2 2 2 2 , m i n , m i n , SR D SR E E e h g h g =     ( 11 )   ( ) 2 2 22 2 1 1 2 2 m in , S R E E e hg = .     ( 12 )   the r ef ore ,  N O M A AF S P S C   c an  be  f urth er c om pu ted  as     ( ) ( ) 1 1 2 P r P r , N O M A AF SPSC e e e =− .     ( 13 )   ap p l y i ng   s om e  m an i pu l ati o ns ,  ( ) 1 Pr e   i s  g i v en   b y   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
             ◼                IS S N: 16 93 - 6 93 0   T E L KO M NIK A     V ol .   17 ,  No .  5,  O c tob er 20 19 :   220 0 - 22 0 7   2204   ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 2 2 0 22 12 2 P r m in e xp e xp P r , . EE SR D E EE SR D E SR D E E g x x dx e h g    = + = − −    = ++   ( 14 )     the r ef ore ,  ( ) 12 P r , ee    c an  be  c om pu ted  as     ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 2 2 2 1 12 2 2 22 Pr , e x p e x p 1 e x p . E S R D E EE S R D E E E S R D E E E e e x x d x    +  = − −    +  = − +    ++       ( 15 )     f i na l l y ,  A F  b as ed  NO MA  s y s tem s  i s  ev a l ua t ed   i n  term   of  S P S C  m etri c  as     ( ) ( ) 2 2 2 2 2 . 1 1 e xp SR D E N O M A E A F E SR D E E E SPSC     +  = − − +      ++      ( 16 )       4 .  S P S C in B ench ma r k of   O M A   In  O MA  m od e,  the  r ec ei v ed  s i gn a l  a t th e rel a y  c an  b e  w r i tte n  as     O M A S R S R i S R y h s P n =+ .   ( 17 )       then ,  th e  r ec ei v e d s i g na l  at   the  us er D i   i s       O M A O M A R D D i S R R D y g y n =+ .   ( 18 )     then ,  i t c a n b e f or m ul ate d  t he  S INR t o e v a l ua te  p erf orm an c e o f  D1 b y     22 1 22 1 1 1 D S R D S R O M A gh gh   = ++ .   ( 19 )     s i m i l arl y ,  we c an   be   ex pres s ed  th e  S IN R to  ex am i ne  p erf or m an c e o f  D2 b y     22 2 22 2 2 1 D SR D SR O M A gh gh   = ++ .   ( 20 )     ne x t , a s  ex i s ten c e  of  ea v es dropp er at  E ,  S INR  i s  gi v e n  b y     22 2 22 1 O M A E SR E i Ei E E SR hg gh  = ++ .   ( 21 )     then ,  S P S C  i n  O MA  m od e c an  be   w r i tte n a s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KO M NIK A     IS S N:  1 69 3 - 6 93 0   ◼     Comp aris on  s t ud y  on  s ec r ec y  proba b i l i ty  of   A F - NO M A   an d  A F - O M A …  ( Di nh - T hu an  Do )   2205   ( ) ( ) ( ) ( ) 12 1 1 2 2 2 2 2 2 12 12 0 P r 0 0 P r , P r , e xp e xp . OM A OM A OM A OM A OM A OM A EE EE D E D E E D D E E OMA AF SPSC or g g g g x x dx    = = − + −         ( 22 )     i nte r es t i n gl y ,  i n s i m i l ar  w a y   wi th  prev i o us  s ec ti o n,  i t c an  be  f ol l o wi ng  r es ul t     ( ) 12 OMA E AF E D D E SPSC  ++     ( 23 )       5 .  Nu me r ica l  Re sult s   In  th i s   s ec ti on ,  t he   S P S C  pe r f or m an c e  of   the   do wnl i nk   A F - NO MA   n et w ork   un de r   Ra y l e i gh   f ad i ng   c h an n el   i s   ev a l ua t ed .  T he s e  n um er i c al   ex am pl es   are  pe r f or m ed   to  v a l i da te   de r i v ed   f orm ul a.  Mo r eo v er,  i n  ord er  to  f urther  e v al ua t i on   i n  NO MA ,  the   f i x ed   po wer   al l oc ati on   i s   ap p l i e d.   In   the   f ol l o wi ng   s i m ul ati on s ,  we   s et  t he   f i x ed   po wer   al l oc at i on   f ac tors   f or  NO MA   us ers   as   1 0.85 = . W i tho ut  l os s   of   ge n eral i t y ,   w e  as s um e  the   di s t an c e  i n   ea c h   l i nk   of   tw o - h op   r e l a y i n g  NO MA   i s  no r m al i z ed  t o   u ni t y .  T he  NO M A  r es u l t  wi l l  be   c o m pa r ed   w i th  O M A  c ou nt erpar t.   F i gu r e   2  pl o ts   the   S P S C  pr ob ab i l i t y   of   c on s i de r e d  NO MA   s c he m e  v ers us   tr a ns m i t  S NR   at  S   f or  a  s i m ul ati o n  as   s ett i n g  of   v ar y i n g  E .  It  c an   b e  s ee n  tha t  the   ex ac t  an al y ti c al   r es ul ts   an d  s i m ul ati on   r es u l ts   are  m atc he d  v er y   w e l l .  In  p arti c ul ar,  a t  l o w   S NR  of   E ,  the   S P S C  wi l l   b e  i m prov ed .  A no the r   i m po r tan t  o bs erv ati on   i s   th at  the   S P S C  r em ai ns   c on s tan t  at  h i g h    SN R r e gi m e.    In  F i gu r e   3 ,  t he   S P S C  v er s us   po wer   a l l oc ati on   f ac tor  of   2 1    i s   pres en ted   i n  di f f erent  i m pa c t  of   pa r am ete r s   r el at ed   t o  t he   ea v es dro pp er.   In   thi s   c as e,  ou r   pa r am ete r   i s   30 =   ( dB ) .   O bv i ou s l y   i n   t hi s   c as e ,  t he   S P S C   c urv es   m atc h  ex ac tl y   wi t h  t he   Mo nte   Car l o   s i m ul at i o n  r es u l ts .  It  i s   wor th  no ti n g  tha t  the   s ett i ng   of   r ea s on ab l e  po wer   al l oc ati on   f ac tor  to  a c hi e v e  op ti m al     s ec ure pe r f or m an c e.              F i gu r e  2.  NO M A  m od e:  S P S C  v s     t he  tra ns m i t S NR     F i gu r e  3.  NO M A  m od e:  S P S C  v s     the  tra ns m i t S NR  w i t h d i f f er en t  i m pa c ts     of  ea v es dro pp er     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
             ◼                IS S N: 16 93 - 6 93 0   T E L KO M NIK A     V ol .   17 ,  No .  5,  O c tob er 20 19 :   220 0 - 22 0 7   2206   F i g ure   4  i l l us tr at es   S P S C   proba bi l i t y   v ers us   E as   w e  c ha ng e  .  It  c a n  b e  o bs erv e d  tha t  the   an al y ti c a l   r es u l ts   m ee t  w i t h  t ha t   i n   l o w   r a n ge   of   tar ge t  r a te.   O ne   c a n  ob s er v e   tha t  ad j us ti n g t he  ta r g et  r ate s   of  NO M A   us ers   w i l l  af f ec t th e  ou t ag e b eh av i ors  of  c o ns i d ered s c he m e.  A s   th e  v a l u e  of   target   r a tes   i nc r ea s es ,  t he   ou tag e   pe r f orm an c e  wi l l   be c om e   w ors e.   T hi s   i l l us tr ati on   i nd i c ate s   th at  ou r   de r i v e d  ex pres s i on s   are  ti g ht  r es ul t  f or  ev al u a ti on   i n  r el ate d    NO MA   ne t wor k s .   F i gu r e  5  pl o ts   S P S C  p erf orm an c e  be tw e en   O M A   an d  NO MA   s y s tem   v ers us   S NR .  Her e,  we  s et   s e v era l   c as es   of   S NR  of   e av es drop pe r   t o  s h o w  i ts   i m pa c ts .  F urtherm ore,  the   A F - ba s ed   NO MA   s c he m e  i s   s i gn i f i c an tl y   be tt er  tha n  O M A   s c he m e   i n  term s   of  S P S C  p erfor m an c e.  T hi s   ph en om en on   i n di c at es   tha t  i t  i s   of   s i gn i f i c an c e  to  c o ns i de r   th e  i m pa c t  of   E f or  s uc h  NO MA   s c he m e wh en   de s i gn i ng   prac ti c al  c o op er ati v e  NO MA   s y s t em s .           F i g ure   4.  NO M A  m od e:  S P S C th eo   E     as  v ar y i n g     F i gu r e  5.  C om pa r i s on  on   S P S C  be t wee n  O MA  a nd  NO MA       6 . Con clus ion   T hi s   pa pe r   s tud i ed   a  n ov el   do w n l i nk   c oo pe r at i v e  c om m un i c ati on   s y s tem   tha t  c om pa r e   NO MA   an d  O M A   s c en ari o s   i n   an al y t i c al   m od el   f or  S P S C   a na l y s i s   w i t h  r es pe c t   to   A F   r el a y i n g   tec hn i qu e .  T he   i m pa c ts   of   r el ate d  v ari ou s   pa r am ete r s   i n   the s e   s y s tem s   are  c on s i de r e d  i n  t er m   of   S P S C   pe r f orm an c e.  A dd i ti on al l y ,  i nf l u en c e  of   the   S NR  of   ea v es dro p pe r   on   S P S C  pe r f or m an c e  i n  bo t h  NO M A   a nd   O MA .   E s p ec i a l l y ,  t h e  S P S C  i s   ac hi ev ed   at  hi g h  l ev el   as   h i gh   tr an s m i t  S NR  c an   be   s el ec ted   to  g ua r an tee   q ua l i t y   of   s ec ured  s y s t em .  T h e  pe r f or m an c e  c o m pa r i s on   of   th e  s u gg es t ed   s c he m es   w as   v er i f i ed   b y   t he   nu m eric al   r es ul ts .  M o r e  i m po r tan tl y ,  r ed uc i n g  i m pa c t  of   ea v es d r op pe r   on   s tr on g   a nd   w ea k   us ers   of   bo th  NO MA   a n d  O M A   i n   th e  s y s t em  to  ap proac h r ea s on ab l e p erf orm an c e requ i r em en ts .       A c kno w ledg ement   T hi s   r es ea r c h  i s   f un de d  b y   F ou nd a ti o n  f or  S c i en c e  an d  T ec hn o l og y   D ev el op m en t  of   T on   Duc   T ha ng   Un i v ers i t y   ( F O S T E CT ) ,  w eb s i t e :  htt p:/ /f os tec t.t dt. e du . v n,   un de r   G r an t   F O S T E CT .20 17 .B R .21 .       Ref er en ce s   [1 ]   L   Dai ,  B  W a n g ,  Y   Y u a n ,  S  Han ,  C - L   I,   Z  W a n g .  Non - o rth o g o n a l   m u l ti p l e   a c c e s s   f o r  5 G :   s o l u t i o n s ,   c h a l l e n g e s ,  o p p o rtu n i ti e s ,  a n d   fu tu re  r e s e a rc h  t re n d s .  IEEE  C o m m u n .  M a g .   Se p t.  2 0 1 5 .  5 3 ( 9 ):  7 4 - 81.   [2 ]   F   Zh o u ,  Y   W u ,  RQ   Hu,   Y   W a n g ,  KK  W o n g .  En e r g y   e ff i c i e n t  NO M A  e n a b l e d   h e te r o g e n e o u s   c l o u d   ra d i o   a c c e s s   n e tw o rk s .  IEEE   Net work .  M a r .  2 0 1 8 .  3 2 ( 2 ):  1 5 2 - 160.   [3 ]   Z  Din g ,  Y   L i u ,  J   Ch o i ,  Q   Su n ,  M   El k a s h l a n ,  CLI ,  HV  Po o r.   Ap p l i c a t i o n   o f  n o n - o rth o g o n a l   m u l ti p l e   a c c e s s  i n  L T E a n d  5 G   n e tw o rk s .   IEEE  Com m u n .  M a g .   2 0 1 7 .  5 5 (2 ):  1 8 5 – 1 9 1 .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KO M NIK A     IS S N:  1 69 3 - 6 93 0   ◼     Comp aris on  s t ud y  on  s ec r ec y  proba b i l i ty  of   A F - NO M A   an d  A F - O M A …  ( Di nh - T hu an  Do )   2207   [4 ]   Din h - T h u a n   Do ,  H - S.  Ngu y e n .  A  T ra c ta b l e   Ap p ro a c h   t o   An a l y z e   th e   E n e rg y - Aw a re   Tw o - w a y   Rel a y i n g   Net w o rk s   i n   Pre s e n c e   o f   Co - c h a n n e l   In t e rfe r e n c e .   EUR ASIP  J o u r n a l   o n   W i re l e s s   Com m u n i c a ti o n s  a n d  Ne two r k i n g .   2 0 1 6 ;  2 0 1 6 :  2 7 1 .   [5 ]   H - S  Ngu y e n ,   A - H  Bu i ,  Din h - T h u a n   Do ,   M   Vo z n a k .  Im p e rf e c t  Cha n n e l   Sta te   In fo rm a ti o n   o f  AF  a n d   D F   En e rg y  Ha rv e s ti n g  Co o p e ra ti v e  Ne tw o rk s .   Ch i n a  Co m m u n i c a ti o n s .  2 0 1 6 ;   1 3 ( 1 0 ):  1 1 - 19.   [6 ]   Din h - T h u a n   Do .   En e r g y - a w a re   tw o - w a y   re l a y i n g   n e tw o rk s   u n d e r  i m p e rf e c t  h a rd w a re :  o p ti m a l   th ro u g h p u t  d e s i g n  a n d  a n a l y s i s .  Te l e c o m m u n i c a ti o n  Sy s te m s .   2 0 1 6 ;   6 2 (2 ) :   449 - 459.   [7 ]   X - X   Ngu y e n ,  Din h - T h u a n   Do.   M a x i m u m   Harv e s t e d   En e rg y   Po l i c y   i n   Fu l l - Dup l e x   Rel a y i n g   Net w o rk s   w i th  S W IPT .   In te rn a t i o n a l  J o u r n a l  o f  Com m u n i c a ti o n  Sy s te m s  ( W i l e y ) .   2 0 1 7 .  3 0 (1 7 ).   [8 ]   T - L   Ngu y e n ,  Din h - T h u a n   Do.   A  n e w   l o o k   a t  AF  tw o - w a y   re l a y i n g   n e tw o rk s :  e n e rg y   h a rv e s ti n g   a rc h i te c tu re   a n d   i m p a c t   o f  c o - c h a n n e l   i n t e rfe re n c e .   An n a l s   o f  Te l e c o m m u n i c a ti o n s .   2 0 1 7 ;   1 1 ( 7 2 ) :     669 – 6 7 8 .   [9 ]   J   Ki m ,   I  L e e .  Ca p a c i ty   a n a l y s i s   o f   c o o p e ra ti v e   r e l a y i n g   s y s te m s   u s i n g   n o n - o rt h o g o n a l   m u l ti p l e   a c c e s s .  IEEE  Com m u n .  L e tt .   2 0 1 5 ;   1 9 (1 1 ) :  1 9 4 9 – 1 9 5 2 .   [1 0 ]   J   M e n ,   J   G e .  Non - o r th o g o n a l   m u l t i p l e   a c c e s s   f o r  m u l t i p l e - a n te n n a   r e l a y i n g   n e tw o rk s .   IEEE   Com m u n .   L e tt .    2 0 1 5 ;   1 9 ( 1 0 ):  1 6 8 6 – 1 6 8 9 .    [1 1 ]   Q   Su n ,  SF  Han ,  C - L   I,   ZG  P a n .  O n   th e   e rg o d i c   c a p a c i ty   o f  M I M O   NO M A  s y s te m s .   IEE E  Wi re l e s s   Com m u n .  L e tt .   20 15 ;   4 (4 ) :  4 0 5 – 4 0 8 .    [1 2 ]   Z  Din g ,  Z  Y a n g ,  P  Fa n ,  HV  Po o r.  O n   th e   p e r fo rm a n c e   o f   n o n - o rth o g o n a l   m u l t i p l e   a c c e s s   i n   5 G   s y s te m s  w i th  ra n d o m l y  d e p l o y e d  u s e rs .    IEEE  Si g n a l  Pro c e s s .  L e tt .   2 0 1 4 ;   2 1 (1 2 ):  1 5 0 1 – 1 5 0 5 .   [1 3 ]   J   Ki m ,   I  L e e .  Non - o rth o g o n a l   m u l ti p l e   a c c e s s   i n   c o o rd i n a t e d   d i re c t  a n d   re l a y   tra n s m i s s i o n .   IEE E   Com m u n .  L e tt .   2015 ;   1 9 ( 1 1 ):  2 0 3 7 – 2 0 4 0 .   [1 4 ]   M   X u ,  F  J i ,  M W   W e n ,   W   D u a n .  N o v e l   r e c e i v e r  d e s i g n   f o r  th e   c o o p e ra ti v e   re l a y i n g   s y s te m   w i t h     non - o rt h o g o n a l  m u l ti p l e   a c c e s s .   IEEE  Com m u n .  L e tt .   2016 ;   2 0 (8 ):  1 6 7 9 – 1 6 8 2 .   [1 5 ]   J   Che n ,  L   Y a n g ,   M - S.  Al o u i n i .  Ph y s i c a l   l a y e r  s e c u r i ty   fo r  c o o p e ra ti v e   NO M A   s y s te m s .   I EEE  Tra n s .   Ve h .  Te c h n o l .  2 0 1 8 ;   6 7 ( 5 ):  4 6 4 5 – 4 6 4 9 .   [1 6 ]   NQ  L e ,   Din h - T h u a n  Do ,  B An .  Se c u re  w i re l e s s  p o w e re d  re l a y i n g  n e tw o rk s :  e n e rg y  h a rv e s t i n g  p o l i c i e s   a n d  p e rfo r m a n c e  a n a l y s i s .   In t e rn a ti o n a l  J o u rn a l  o f  C o m m u n i c a ti o n  Sy s te m s  ( W i l e y ).   2 0 1 7 ;   3 0 (1 8 ).     [1 7 ]   T - T   Ngu y e n ,  T - P  Hoa c ,  Din h - T h u a n   Do,   V - H  Ph a n ,   T - L   Dao .  An d ro i d   a p p l i c a t i o n   f o r  Wi Fi   b a s e d   i n d o o r   p o s i t i o n :   Sy s te m   d e s i g n   a n d   p e r fo rm a n c e   a n a l y s i s .   i n   Pro c .  o f   2 0 1 6   I n te rn a ti o n a l   Con fe re n c e   o n  I n f o rm a ti o n  Ne tw o rk i n g  (I C O IN) .  2 0 1 6 ;  1 (1 ):  1 - 4 .    [1 8 ]   H - S  Ngu y e n ,  Din h - T h u a n   Do,   T - S  Ngu y e n ,   M   Vo z n a k .  Ex p l o i ti n g   h y b r i d   ti m e   s w i tc h i n g - b a s e d   a n d   p o w e r  s p l i tt i n g - b a s e d   r e l a y i n g   p ro t o c o l   i n   w i re l e s s   p o w e re d   c o m m u n i c a t i o n   n e tw o rk s   w i t h   o u td a t e d   c h a n n e l   s t a te   i n fo r m a t i o n .  J o u rn a l   fo r  Co n tro l ,  M e a s u re m e n t,   El e c tr o n i c s ,   Com p u ti n g   a n d   Com m u n i c a ti o n s .   2 0 1 7 ;  5 8 (1 ) :  1 1 1 - 1 1 8 .    [1 9 ]   Din h - T h u a n   Do,   H - S  Ngu y e n ,   M   Vo z n a k ,   T - S  Ngu y e n .   W i r e l e s s   p o w e re d   re l a y i n g   n e tw o rk s   u n d e r   i m p e r fe c t  c h a n n e l   s ta te   i n fo r m a ti o n :  s y s te m   p e rfo r m a n c e   a n d   o p t i m a l   p o l i c y   fo r  i n s ta n t a n e o u s   ra t e .   Rad i o e n g i n e e ri n g .   2 0 1 7 ;  26 ( 3 ) :  869 - 8 7 7 .   [2 0 ]   X - X .  Ngu y e n ,   Din h - T h u a n   Do .   O p ti m a l   p o w e r  a l l o c a t i o n   a n d   th r o u g h p u t   p e r fo rm a n c e   o f  fu l l - d u p l e x   DF  re l a y i n g   n e tw o rk s   w i th   w i re l e s s   p o w e r  tra n s f e r - a w a re   c h a n n e l .   EUR ASIP  J o u rn a l   o n   W i re l e s s   Com m u n i c a ti o n s  a n d  Ne two r k i n g .   2 0 1 7 :   ( 1 ) 1 5 2 : 1 - 16 .    [2 1 ]   KT   Ngu y e n ,  Din h - T h u a n   Do,   X X   Ngu y e n ,  NT   Ngu y e n ,  D H  Ha .   Wi re l e s s   i n fo rm a t i o n   a n d   p o we r   tra n s f e r  fo r   fu l l   d u p l e x   re l a y i n g   n e tw o rk s :  p e rfo rm a n c e   a n a l y s i s .   i n   Pro c .  o f  R e c e n t  Ad v a n c e s   i n   El e c tr i c a l  En g i n e e ri n g  a n d  Re l a te d  S c i e n c e s  (AET A 2 0 1 5 ) ,  H C M C, Vi e tn a m .  2 0 1 5 ;  53 - 62 .   [2 2 ]   Din h - T h u a n  Do ,   C - B L e .   Ap p l i c a ti o n  o f  NO M A i n   W i re l e s s  S y s te m  w i th   W i r e l e s s   Po w e r T r a n s f e r  Sc h e m e :  O u t a g e   a n d  Er g o d i c   Cap a c i ty  Pe rfo r m a n c e  An a l y s i s .   Se n s o r s .  2 0 1 8 ;  18 ( 10 ):  3 5 0 1 .   [2 3 ]   T - L   Ngu y e n ,   Din h - T h u a n   D o .  Ex p l o i ti n g   I m p a c ts   o f  In t e rc e l l   In t e rfe re n c e   o n   S W I PT - a s s i s t e d     Non - o rth o g o n a l  M u l ti p l e  Ac c e s s .  W i r e l e s s  C o m m u n i c a t i o n s  a n d  M o b i l e  Co m p u t i n g .   2 0 1 8 ;  1 - 12.   [2 4 ]   Din h - T h u a n   D o ,  M - S  Va n   Ngu y e n ,  T - A.  Hoa n g ,   M   Vo z n a k .  NO M A - As s i s te d   M u l ti p l e   Ac c e s s   S c h e m e   fo r  Io T   Dep l o y m e n t :  Rel a y   Se l e c ti o n   M o d e l   a n d   Se c r e c y   Pe r fo rm a n c e   I m p ro v e m e n t .   Se n s o rs .    2 0 1 9 ;   1 9 (3 ):  736 .   [2 5 ]   Din h - T h u a n   Do ,   T - T   T   Ngu y e n .  Ex a c t  O u ta g e   Pe rfo r m a n c e   An a l y s i s   o f   Am p l i fy - a n d Fo rw a rd - Aw a r e   Coo p e ra t i v e   NO M A .  TEL KO M NIKA  Te l e c o m m u n i c a t i o n   C o m p u ti n g   El e c tro n i c s   a n d   Co n tro l .   2 0 1 8 ;   1 6 (5 ) :   1966 - 1 9 7 3 .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.