T E L KO M NIK A , V ol . 17 ,  No. 6,  Dec em be r   20 1 9,  p p. 2 69 7 ~ 2 70 3   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 6 . 12218   ◼    26 97       Rec ei v ed   J an u ary  8 , 2 01 9 ;   Rev i s ed   F eb r ua r y  1 9 , 2 01 9 ; A c c ep te d  Ma r c h   12 ,  20 1 9   W irele ss  po w er  transf er ena ble d  N O M A   rela y   s y s t em s:  t w o  SIC mod es  and   perfo r ma nc e e v alua tio n       Din h - T h u an Do * 1 , Chi - Ba o  Le 2 , Hon g - Nh u  Ng u y en 3 , T am Ng u ye n  Kieu 4 ,  S i - P h u  Le 5 ,    Ng o c - L o n g  Ng u ye n 6 , Nha t - T ien Ng u ye n 7 , M ir o sla v  V o z n ak 8     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  Grou 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 ri 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 Fa c u l ty  o f  E l e c tr o n i c s  T e c h n o l o g y ,  In d u s tr i a l  Un i v e rs i ty  o f  H o  Ch i  M i n h  Ci ty ,  Vi e tn a m   3 ,4 ,5 ,6 ,7 , 8 Fa c u l ty  o f  El e c tri c a l  En g i n e e r i n g  a n d  Co m p u te r S c i e n c e ,     VSB - T e c h n i c a l  Un i v e rs i ty  o f  Os tra v a ,  Cz e c h  Re p u b l i c   *C o rre 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       Ab strac t     In   th i s   s t u d y ,  we  d e p l o y   d e s i g n   a n d   p e rfo rm a n c e   a n a l y s i s   i n   n e w  s y s te m   m o d e l   u s i n g   a   re l a y i n g   m o d e l ,  e n e rg y   h a rv e s t i n g ,  a n d   n o n - o rth o g o n a l   m u l ti - a c c e s s   ( NO M A)  n e two rk .  It   i s   c a l l e d   s u c h   t o p o l o g y   a s   wir e l e s s   p o w e re d   NO M A  re l a y i n g   ( W PNR ).  I n   th e   p ro p o s e d   m o d e l ,  NO M A  wil l   b e   i n v e s ti g a te d   i n   two   c a s e s   i n c l u d i n g   s i n g l e   s u c c e s s i v e   i n te rf e re n c e   c a n c e l l a t i o n   (SIC)  a n d   d u a l   SIC.  M o re o v e r ,     th e   s i m u l t a n e o u s   w i re l e s s   i n f o rm a ti o n   a n d   p o wer   tra n s fe r  ( SW IPT )  te c h n o l o g y   c a n   b e   e m p l o y e d   to   fe e d   e n e rg y   to   re l a y s   who   i n te n d   t o   s e rv e   fa r  NO M A  u s e rs .  In   p a rti c u l a r,  e x a c t  o u ta g e   p ro b a b i l i t y   e x p re s s i o n s   a re   p ro v i d e d   to   p e rfo rm a n c e   e v a l u a ti o n .  T h e   re s u l t s   fro m   th e   s i m u l a ti o n s   a re   u s e d   to   d e m o n s tra te     th e   o u t a g e  p e rfo rm a n c e  o f  th e   p ro p o s e d   m o d e l   i n   c o m p a r i s o n   wit h   th e   c u rr e n t  m o d e l s  a n d  t o   v e r i fy  c o rre c t   o f  d e r i v e d  e x p re s s i o n s .     Key w ords :  e n e rg y  h a r v e s ti n g ,   non - o r th o g o n a l  m u l ti p l e   a c c e s s ,   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   T he   f i f th  ge ne r at i on   ( 5G )   of   m ob i l e  c om m un i c ati on   n et w ork s   i s   c on s i de r ed   as     a  pro gres s i v e  f orm   of   the   f ou r th   ge ne r at i on   ( 4G )   ne t wor k s   wi th   m an y   tr em en do u s   f un c ti on s   l i k e  i nte r n et - of - thi n g  ( IoT )   an d  c l ou d - b as ed   a pp l i c at i o ns   i n  [1,   2] .  T he s e  m od ern  s erv i c es   l ea d  to  c ha l l en g i n g  r eq ui r em en ts   s uc h  as   f as ter  da t a  r at es ,  l o w er  s us pe ns i o n,  wi de r   c o nn ec ti v i t y   an d   be tte r   s pe c tr a l   an d  en erg y   i m pa c t.  Cons eq ue ntl y ,  i n  o r de r   to  m ee t  the s e  de m an ds ,  a  r an ge   of   m od ern  tec hn i qu es   us e d  a s   a  ne w  tec hn ol og i c al   t oo l   to  ac c es s   N O MA   m a y   be   a   v er y   p ote n ti a l   s el ec ti on   f or  the   5G   ne t wor k   s i nc e  i t  c om pl i es   w i t h  al l   t he   s pe c i f i c ati o ns   f or  s pe c tr al   i m pa c t,   m a s s i v e  c o nn ec t i v i t y ,  us er  f ai r ne s s   an d   l o w  s us pe ns i o n  as   m en ti on e d  i n   [3] .  O n   t he   oth er  h an d,   when   NO MA   ut i l i z es   the   e ne r g y   do m ai n,   m an y   di f f erent  us ers   w i l l   b e  ac c es s ed   at  the   s am e   ti m e,  i n   term s   of   f r eq ue nc y ,   ti m e  an d  c o de   ac c ordi ng   t o  th ei r   o wn  c h an n el   c on d i t i on s .  W he r ea s   hi g h  po w er  trans m i s s i on  r at es   w i l l  b e s e l ec te d f or  us ers  wi t h p oo r  c ha n ne l  c o nd i ti on s ,  us ers   w i t h   be tte r   c ha n ne l   c on di t i on s   c an   us e   l o wer   p o w er   l e v e l s .  A s   a  r es u l t,   NO M A   r e qu i r es   m ul ti pl e  c o m m un i c ati on   no t es   at  t h e  ba s e  s ta ti o n  s up erpos i t i o n  f or  r ec ei v ers   us i ng   s u pe r po s i t i on   c o di ng   ( S C)   tec h ni qu e.   W i th  S IC   t ec hn o l og y ,   NO M A   us ers   e l i m i na te  al l   weak er  on es ’   c om m un i c a ti on   no tes   an d  c on s i d er  the   s tr o ng er  us ers ’   no t es   as   an   i nt erv en ti o n  to  de c i ph er  the   o wn  no te  i n  [4] .  T he   ac ti v e  s tr on g  us ers   ( S U)   c an   em pl o y   th e  w e a k er  us ers '  ( W U )   no tes   to   tr an s f er  W U’ s     no tes   a nd   i nc r ea s e  the   n et w ork   s ec urit y   w h i c h  are   c on s i de r ed   as   t he   c o l l ab orati v e  NO MA   m od el s  i n [ 5,  6] .   I n  r e c en t  ti m e s ,   S W I P T   h a s   be en   s u gg e s te d  a s   a   p ot e nt i al   t e c hn i qu e  th at   c a n  e x t en d    t h e   w o r k i ng   ti m e   o f  s o m e   d ev i c e s   s u c h   a s   en e r g y - l i m i t e d   de v i c e s ,   en e r g y - l i m i t e d   s en s o r s ,   I o T   d ev i c e s ,   e t c .  S W I P T  c a n   e nd u r e t e r m i n al s   w i th  t r a di ti on a l   w i r e s   a nd  c on s i de r a bl y   ex p a nd   i t s  s p a r e   t i m e .   F o r   t ha t   r e a s o n ,  S W I P T   i s   c on s i d e r e d   a   fav o r a bl e   t e c h ni qu e  fo r   en e r gy   l i m i te d   n etw o r k s .     I n   m o s t   r e c en t  s t ud i e s ,  S W I P T   i n  i n fo r m a t i on   s y s te m s   ha s   i m p l e m e n te d  i n   c e nt r a l i z ed   a nt en na   s y s t e m s   ( C A S ) .   T h e r e   ha s   b ee n   c on c en t r at i o n   o n   e x t r a c t i n g   t he   m a x i m u m   b e a m - fo r m i n g   en e r g y   s p l i t ti n g   S W I P T   t o   t a k e   a dv an ta ge   o f  fo c u s i ng   on   a   r e m o t e   fi el d   el e c t r o m a g n et i c   r a di a ti o n   a s   r e g a r d s   i n  [7 – 10 ] .   B y  c o m b i n i n g  r e l a y i ng  ne tw o r k  w i th  NO M A ,  c oo pe r a t i v e N O MA   ha s   w el l  s t ud i ed   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 .  6,  D ec em be r  20 19 :   26 9 7 - 2703   2698   i n  [1 1 – 15 ].   I n  [1 3] ,  th e  au tho r s   c o m b i n e  S W I P T   w i t h  NO M A   n e tw o r k   fo r   e x i s t i n g  S U s   to  t r an s m i t   W U s   n o t e s   be c a u s e   th e r e   i s   n o  ne c e s s i t y   to   u s e   e ne r gy   fo r   t hi s   c oo pe r at i o n.   I n   t he   m e a n ti m e ,   i n  o r d e r   t o  i n c r ea s e   th e  i n di v i du al   da ta   r a t e,   th e   w i r e l e s s   po w e r e d  c o mm u n i c a ti o n   n etw o r k s   ( W P C N )   t e c hn ol og y   w a s   c o m b i n ed   w i th   N O M A   u pl i n k   n e tw o r k   [ 1 4] .   O n   t he   o th e r   h an d ,   i n   [ 1 5] ,   N O MA   i s   e x a m i n ed  i n  t e r m  o f e n e r gy   e ffe c t s  i n   W P C  s y s te m s .  A dd i t i o na l l y ,   i n   [ 16 ] ,  th e   d ow nl i n k  o f N O M A  i s   r e s e a r c h ed   t og e t he r   w i th   S W I P T   ( r a t h e r   th an   W P C ) .   N ev e r th el e s s ,   S W I P T   i s   o nl y   ad j u s t ed   by   c l o s e  u s e r s   a nd   r e m o t e   u s e r s   a r e   ov e r w h el m e d .  I t  i s   s h ow n   t ha t   on - o ff  p ow e r   s pl i t ti ng   ( O P S )   a s     a   s pe c i al   c a s e  o f  dy na m i c   po w e r   s pl i t ti ng   ( DP S )   w h i c h   c a n   ob t ai n   the   m a x i m u m   r a te   a r ea   i n  s u c h   d e s i gn .   T h e r e fo r e ,   t he   ou tag e   p r ob ab i l i t y   an d  t he   d i v e r s i t y   de g r e e   a r e   e x t r a c t ed   for   t h e   d ow nl i n k   c o o pe r at i v e   N O MA   w he r e   S W I P T   i s   o nl y   d ep l o y ed   a t  ad j a c en t   u s e r s   a nd   t he   s ta ti c   p ow e r   s pl i t ti ng   ( S P S )   a s   a   s pe c i fi c   s i tu at i on   o f  O P S .   I n   [1 7] ,   N O M A   s e c u r i t y   i s   e x pl o r e d   a t te nt i v e l y .  I n   p a r ti c ul a r ,   a n   a r ti fi c i a l   no i s e - ai de d  be a m - fo r m i n g   d e s i gn   i s s ue   i s   i nv e s ti ga te d   t o   p r ov i de   the   hi gh   s e c u r i t y   l ev e l   o f  a   m u l t i pl e - i n pu t   s i n gl e - o u tp ut   N O M A   S W I P T   n e t w o r k .   E H   m o d e   fa c i l i t at e s   NO M A   n etw o r k   w i th   e x t en de d   t i m e   o f  op e r a ti on   a s   l i m i t ed   po w e r   a s   r e c en t   w o r k   [ 1 8,   19 ].  F u r t he r m o r e ,     N O MA   s c h e m e   c an   b e  ap pl i e d  i n  de v i c e - to - d ev i c e  t r a ns m i s s i o n,   c o gn i ti v e  r a di o   o r   ph y s i c al   l a y e r   s e c u r i ty - aw a r e  ne tw o r k   [ 2 0 – 2 4 ].   T he   r es t  of   thi s   p ap er  i s   arr an ge d  as   f ol l o w s .  T he   m od el   s y s t em   i s   de m on s tr ate d  i n   s ec ti on   1 .  S ec t i on   3   i ntrodu c es   th e  en t i r e  d o w n l i nk   tr an s m i s s i on   of   ou tag e  proba bi l i t y .     T he  s i m ul ati on  r es u l ts  are  pres en te d i n  s ec ti on   4 . A f te r  al l ,  c on c l us i on  i s  ta k en  i n  s ec ti on   5 .       2.  S ys t em M o d el   W e  ex a m i ne   a  wi r e l es s   c om m un i c ati on   s y s tem   as   i n  F i g ure   1,   wi th   a   b as e  s tat i o n  i nd i c ate d  b y   B S   ( as s i g ne d   c ap ab i l i t y   of   wi r el es s   po we r   tr an s f er) ,  two  r e l a y s   i nd i c ate d   b y   R 1   a nd   R 2  w h i c h   c an   be   ap proac h e d  b y   us i n g  NO MA   a nd   t w o   r em ote   us ers   i n di c at ed   b y   U 1   a nd   U 2 .   It   i s   n ote d  th at  R 1   an d   R 2   ar e  l o c ate d  i n  t he   c o v era ge   ar ea   of   w i r e l es s   p o w er  tr a ns f er.  It  i s   s up po s ed   tha t  n on - ex i s t en c e  of   di r ec t  l i nk   f r o m   B S   wi th  U 1   a nd   U 2   an d  t hu s   w e  ne ed   t wo  r el a y s   to  tr an s f er  to  the   U 1   a nd   U 2   us ers .   T he s e  r el a y s   ar e  s el f - po w ered  d ev i c es   t ha nk s   t o  E H  ( en erg y   ha r v es t i n g).  It   c an   be   f ou nd   t ha t   s y m bo l   a pp e ars   i n  th e  b as eb an d   w h ereas   E H  ap p ea r s   i n    RF   ba nd .  T he   s ep arat ed   Ra y l e i gh   c ha nn e l   f ac tor  be t w ee n  S   an d   R 1   a nd   R 2   i s  h R 1   a nd  h U 2 .    A t  the   s am e  ti m e,  be tw e e n  R 1   a nd  U 1   a nd  R 2   and  U 2   a r e  h U 1   and  h U 2 ,  r es pe c ti v el y .  T w o  S IC   m od es   are  de pl o y e d  h ere.   Dual   S IC  i s   r eq u i r ed   at  l i n k   B S - R 1 - U 1   w hi l e  s i ng l e  S IC  as s i gn e d  at   l i nk   BS - R 2 -   U 2 .       Ba s e  S t a t i on ( BS ) Re l a y  1 ( R 2 ) Re l a y  1 ( R 1 ) U s e r  2 ( U 2 ) U s e r  1 ( U 1 ) h R 1 h U 1 h R 2 h U 2 E ne rgy H a rve s t i ng Inform a t i on P roc e s s i ng     F i gu r e   1.   S y s tem   m od el  f or EH NO MA   ne t wor k       2. 1 .   Do w n link NO M A   Rel a ys  ( W P NR)   F i r s t,  the   B S   tr an s m i ts   a  s up erim po s ed   NO MA   s i gn a l   ( ∑ ∈ 1 , 2 )   to  1   and  2     wi th  po wer   di s tr i bu t i on   f r ac ti on s   1   and  2 ,  r es pe c ti v e l y ,  where   1 < 2   and  1 2 + 2 2 = 1 .    T he  r ec ei v e d s i g na l  at  r el a y   1   an d   2 , res pe c ti v el y   i s  gi v e n  as :     1 1 = √ 1 1 ℎ 1 + √ 2 2 ℎ 1 + 1   ( 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   ◼     W i r el es s  po wer  trans f er en ab l ed  NO MA  r e l ay   s y s tem s : two   S IC  mo d es …  ( Di nh - T hu an  Do )   2699   and     2 1 = √ 1 1 ℎ 2 + √ 2 2 ℎ 2 + 2   ( 2 )     In  thi s   c as e,  1   and  2   are  s i gn al   i nte nd e d  f or  1   a nd  2 ,  r es pe c ti v e l y ,   1 ~  ( 0 , 1 2 )   and  2 ~  ( 0 , 2 2 )   de f i ne   th e  ad di t i v e  whi t e  G au s s i a n  no i s e  ( A W G N )   at  1   and  2   w i t h   eq u i v al e nt  v aria nc e   1 2 = 2 2 = 2 .  W e  fi r s t  c o m pu te  S i gn al   to  I nte r f erenc e  an d  No i s e  Rat i o  ( S INR)  at   1   t o  de tec t s i gn al   2   a s      2 1 = | ℎ 1 | 2 2 | ℎ 1 | 2 1 + 1   ( 3 )     where   = 2   i s   t he   tr an s m i t  S i gn al   to   No i s e  r a ti o   ( S NR)   a t  1 .  T he n,  S NR   i s   c om pu ted   at   1   to  de tec t s i gn a l   1   a s     1 1 = | ℎ 1 | 2 1   ( 4 )     n ot  t he  s am e  1 ,  2   de c i ph ers   2   o nl y   when   i t  i s  r ec ei v es  h i g he r  en erg y :     2 2 = | ℎ 2 | 2 2 | ℎ 2 | 2 1 + 1   ( 5 )     2. 2 .   E n er g y Ha r v es t ing   In  order   to   de pl o y   th e  r e l a y   s tr uc tur e  s i m pl y ,   t he   t w o   r el a y s   i n   W P NR  ha r v es t  en erg y   f r o m   the   s i gn al s   (x e )   tr a ns m i tte d  b y   th e  B S   i n  th e  s e c on d  p ha s e   w i t h  ( { } 2 ) =1 .   W he n  1   i s  c l os er  S  tha n   2 ,  i t  ha r v es ts   m ore  en erg y   t ha n  2 .  T hi s   un ba l an c e  i s   v erif i e d  b y   1   c on s um e s   m ore en erg y  t o a n al y z e d at a a n d t r an s m i ts  i t to   1 . A l l   of  th e p o w er s   h arv es te d i n t h i s  ph as e a r e     1 2 = | ℎ 1 | 2 3   ( 6 )     and     2 2 = | ℎ 2 | 2 3   ( 7 )     2. 3 .   Do w n link NO M A   u sin g   Rela y   Dur i n g  th i s   ti m e,  the   W P N R  uti l i z es   the   ha r v es ted   e ne r g y   to  tr an s m i t  the   s y m bo l s   t o    the   c ert ai n  us ers ,  th at  i s ,   1   tr an s m i ts   bo th   1   an d   2   to   1 ,  whi l e   2   tr an s m i ts   2   to  2 ,    the  r ec e i v ed  s i gn a l  c an  be   ob ta i ne d a t   an d   r es pe c t i v el y   as     1 = √ 1 2 ( √ 1 1 + √ 2 2 ) ℎ 1 + 1   ( 8 )     where p o w er  al l oc at i on  f ac tors   1 > 2   and  1 2 + 2 2 = 1       2 = √ 2 2 2 ℎ 2 + 2   ( 9 )     It  i s   wor th   no t i n g  t ha t   1   and  2   are  t he   po wer   h arv es ted ,   we  o bta i ne d  as   ( 6)  a nd   ( 7).   T he  S INR a t  1   t o d et ec t  1   an d   2   an d   2   de tec ts   2   r es pe c ti v el y   i l l us tr ate d a s     1 1 = 1 2 1 | ℎ 1 | 2 1 2 2 | ℎ 1 | 2 + 2   ( 10 )   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 .  6,  D ec em be r  20 19 :   26 9 7 - 2703   2700   and     2 1 = 1 2 | ℎ 1 | 2 2   ( 11 )     and     2 2 = 2 2 | ℎ 2 | 2 2   ( 12 )       3.  O u t age P r o b abilit y fo r  t h e  E n t ir e Dow n link T r ansmission   T he   ou tag e  pro ba b i l i t y   i n  do w n l i nk   tr an s f er  w i l l   oc c ur  i f   the   tr an s m i tte d  da t a   i s   no t  pe r f or m ed   wel l   b y   th e  r e l a y   or  b y   the   en d  NO MA   us er.   T he   ou t ag e   pro ba b i l i t y   ( 1 1 )   of   1   at  1   i s  i n di c at ed  as :     1 1 = 1 − ( 1 1 )   ( 13 )     i n  whi c h   1 = ( 1 − Pr ( 2 1 < 2 ) ) ( 1 − Pr ( 1 1 < 1 ) ) ,   1 = ( 1 − Pr ( 1 1 < 1 ) )   ( 1 − Pr ( 2 1 < 1 ) ) ,  1 = 2 1 − 1   an d  2 = 2 2 − 1 ,  w h ereas   1   and   2   s tan d  f or  th e  t hres ho l d   r ate s  of   1   a nd  2   r es pe c ti v e l y .  F r o m  ( 3) and  ( 4),  1   c an  be   gi v en  as     1 = ( 1 − Pr ( | ℎ 1 | 2 2 | ℎ 1 | 2 1 + 1 < 2 ) ) ( 1 − Pr ( | ℎ 1 | 2 1 < 1 ) )                   = Pr ( | ℎ 1 | 2 > ma x ( 2 ( 2 − 2 1 ) , 1 1 ) 1 ) = − 1 1   ( 14 )     B y   s ub s ti tut i ng   th e  v a l ue   of   1 2   f r o m   ( 6)  i nto   ab ov e   ex pres s i o n  a nd   af ter  s o m e   nu m eric al  c om pu tat i on s ,  w e c an  f i gu r e  ou t:     1 = ( 1 − Pr ( 1 2 | ℎ 1 | 2 ( 1 − 2 1 ) 2 < 1 ) ) ⏟                                                     1 × ( 1 − Pr ( 1 2 | ℎ 1 | 2 2 2 < 2 ) ) ⏟                                         2   ( 15 )     w e c on s i de r  e ac h c om po ne nt  an d  1   are   ex pres s ed   as     1 = 1 − Pr ( 1 2 | ℎ 1 | 2 ( 1 − 2 1 ) 2 < 1 ) = 1 − ∫ ( 1 − − 1 ) −  ∞ 0   ( 16 )     w i th  the   as s i s tan c e   of  [[2 5],  E q (3 .32 4.1 ) ], t he   ab o v e  e qu at i on  c an  b e re w r i tte n a s     1 = 2 √ 1 1 1 1 ( 2 √ 1 1 1 )   ( 17 )     S i m i l ar c om pu tat i o n c an  be  de p l o y ed  f or  2       2 = 1 − Pr ( 1 2 | ℎ 1 | 2 2 2 < 2 ) = 1 − ∫ ( 1 − − 2 ) −  ∞ 0   ( 18 )     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   ◼     W i r el es s  po wer  trans f er en ab l ed  NO MA  r e l ay   s y s tem s : two   S IC  mo d es …  ( Di nh - T hu an  Do )   2701   and     2 = 2 √ 2 2 1 1 ( 2 √ 2 2 1 )   ( 19 )     where   1 ( . )   i s   th e  fi r s t  or de r   B e s s el   f un c ti o n  of   the   s ec on d   k i nd .  A f ter  r ep l ac i ng   ( 14 )   an d   ( 15 )   i nto  ( 13 ) ,  i t c an   be   ob ta i n ed   1 1   as     1 = 4 √ 1 2 1 2 1 2 1 ( 2 √ 1 1 1 ) 1 ( 2 √ 1 1 1 )   (2 - )     No w  th e o uta g e p r o ba b i l i t y   at  2   c an  be  c a l c ul ate d  f or  2   whi c h c an  be   tak en  as :     2 2 = 1 − 2 2   ( 21 )     where  2 = ( 1 − Pr ( 2 2 < 2 ) )   and  2 = ( 1 − Pr ( 2 2 < 2 ) ) . B as ed   on  ( 5),  2   i s  gi v e n b y     2 = ( 1 − ( | ℎ 2 | 2 2 | ℎ 2 | 2 1 + 1 < 2 ) ) = − 2 2 ( 2 − 2 1 )   ( 22 )     s i m i l arl y ,  wi th  th e  s up p ort o f  [[2 0],  E q.   ( 3. 32 4. 1)],  we c an  ex pres s  f ol l o w i ng   eq u ati on     2 = ( 1 − Pr ( 2 2 | ℎ 2 | 2 2 < 2 ) ) = 2 √ 3 2 2 1 ( 2 √ 3 2 2 )   ( 23 )     b y  s u bs ti tu ti n g (22)  an d ( 23 )  i nto  ( 21 ) , th e res pe c t i v e e x pres s i on  of   2 2   i s  ac q ui r e d.       4.  S i mu latio n  Re sult s   In  thi s   s ec ti on ,  t he   s y s tem   ou tag e  pro ba b i l i t y   f or  s uc h  E H - NO M A   i s   e v a l ua ted   un de r   di f f erent  target   r ate s ,  tr a ns m i t  S NR,  pe r c en t ag e   of   h arv es te d  po wer .  W e  s et  po w er  a l l oc ati on   f ac tors   as   i l l us tr at i o ns   i n  ea c h  f i gu r e.    F i gu r e  2  p l ot  the   ou ta ge   p erf or m an c e  i s   m er el y   r ef err ed   to   .  Ho w e v er,  i n  order   t o  en s ure  a  c om m un i c ati on   r el i a b i l i t y ,  we  s ho u l d  s e l ec t  a  s m al l   v a l ue   f or   the   tar ge t  r a te  a nd   t he   S N R  i s   gu arant ee d  en ou g h  h i gh .  It  c a n  b e  s ee n  th at  h i g he r   targ et  r ate s   l i m i t  ou tag e  pe r f or m an c e.  It   i s   ob v i ou s   t h at   th e  NO MA   ne t w ork s   ha v e  di f f erent  p o wer   a l l oc ati on   f ac tors , a nd  he nc e p erf or m an c e g ap  b et w e en  t wo f ar  NO MA   us ers  ex i s t.   F i gu r e  3  i n di c at es   tha t  the   ou ta ge   pro ba b i l i t y   f or  s uc h  E H  NO MA   wi th  di f f erent   po w er  s pl i tt i n g  f r ac ti on s   f or  en e r g y   h arv es t i ng   po l i c y ,   where  e ne r g y   h arv es t i n g  c on tr i bu tes   to   i nc r ea s i ng   p o w er  as s i gn ed   at  r e l a y .  W e  c an   c on c l ud e  f r o m   F i gu r e  3  tha t   i n   c o m pa r i s on   wi th  three  c i r c um s tan c es   of   E H - NO MA   w i t h  v ar y i ng   p o w e r   s pl i tti ng   f r ac ti on s ,  th e  pr op os ed   m od el   wi th  hi gh er  t i m e  po w er  c ol l ec ti ng   al l oc at i o n  c an   di s ti n gu i s h  the   ou t ag e  proba bi l i t y .   F urth erm ore ,   F i gu r e  3  i nd i c ate s   th at  E H - NO MA   c an   r a i s e  r em ar k ab l y   th e  ou t ag e  proba bi l i t y   a t   hi gh   tr a ns m i t   S NR a t th e B S .  B es i de s , t h e a n al y ti c   l i ne s  ad ap t  the  M on te - Car l o s i m ul at i on  v er y   wel l .   F i gu r e   4  s h o w s   o uta ge   pe r f or m an c e  of   E H  NO M A   v ers us   tr an s m i t  S NR.  It  i s   o bv i ou s   that    ha s   a  s i gn i f i c an t  ef f ec t   on   the   o uta g e  prob ab i l i t y   o f   the   propos ed   n et w ork .   It  i s   s ho w n  t ha t   i n  F i g ure  5  t he   ne t wor k   throug h pu t   i n   d el a y - l i m i ted   m od e  c an   b e  c om pa r ed   a s   v ar y i ng   targe t  r ate s .  T he   thro ug h pu t  of   th e  s ec on d   NO M A   us er  i s   b ett er  t ha n  tha t   of   the   f i r s t  us er,  s i nc e  t he y   are  a l l oc a ted   di f f erent  p o wer   f ac tors .  In  a dd i ti o n,  t he   f i gu r es   i l l us tr at e  th at  E H - NO M A   h i ts     the   f l ux   c e i l i n g  i n  t he   hi gh   S NR  s c he m e.  Mo r eo v er,  i t   i s   i m po r ta nt   no t i n g  t ha t  th e  thro ug h pu t   i s   r es ul ted  f r o m  ac hi ev ed   ou t ag e  proba bl y  a nd  t he s e t r e nd s  of  l i ne s  c an   be  ex p ec te d.   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 .  6,  D ec em be r  20 19 :   26 9 7 - 2703   2702       F i gu r e  2.  O ut ag e  prob ab i l i t y   v ers us     the  tra ns m i t  , wi th  = 0 . 2 ,  = 0 . 9 ,    1 = 2 = 0 . 2   and  2 = 1 = 0 . 8       F i gu r e  3.  O ut ag e  prob ab i l i t y   v ers us     the  tra ns m i t  , wi th  = 0 . 9 ,  1 = 2 = 0 . 2     and  2 = 1 = 0 . 8           F i gu r e  4.  O ut ag e  prob ab i l i t y   v ers us     the  p o w er s p l i t ti n g f r ac ti on   , wi th   = 0 . 9 ,  1 = 2 = 1   ( bp s /H z ) ,  1 = 2 = 0 . 2   an d  1 = 2 = 0 . 2       F i gu r e  5.  T hrough pu t  pe r f orm an c e o f  E H NO MA   wi th  = 0 . 2 ,  = 0 . 9 ,  1 = 2 = 0 . 2   and    1 = 2 = 0 . 2       5 . Con clus ion   In  c on c l us i on ,   a   m od ern  E H  NO M A   m od el   f or  do wnl i nk s   ha s   be e n  i ntro du c ed   i n  th i s   pa pe r .  T he   m ai n  r es ul ts   a tt em pt  to  di s ti n gu i s h  t w o  NO MA   us ers   i n  th e  s am e  de s i gn   gro up   f r o m   us ers   f r o m   oth er  groups   us i ng   the   NO M A   c on c ep t.   W e  propos e  t w o   s i tu ati o ns   r el at ed   S I C  de p l o y m en t.  T he r ef ore,  p erf or m an c e  ga p  am on g  t wo  NO M A   us ers   s ti l l   r e m ai ns   f ai r ne s s     i f   c aref ul   s el ec ti on   of   po wer   al l oc at i o n  f ac tors .  S i m ul ati on   r es u l ts   de m on s tr ate   th at  a l l   of     the   en er g y   ut i l i z ed   i n  t he   m od el   i s   no t   as   m uc h  of   the   NO MA   tr a ns m i s s i on   b ut   r e as on a bl e  pe r f or m an c e c an  be   ac hi ev ed .       A c kno w ledg ement   T hi s   r es ea r c h  i s   f un de d   b y   F o un da t i on   f or  S c i en c e   an d   T ec hn ol o g y   D ev el o pm 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 .       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   ◼     W i r el es s  po wer  trans f er en ab l ed  NO MA  r e l ay   s y s tem s : two   S IC  mo d es …  ( Di nh - T hu an  Do )   2703   Ref er en ce s   [1 ]   W u n d e r   G ,  e t  a l .   5 G NO W :   N o n - o rth o g o n a l ,   a s y n c h r o n o u s   w a v e fo rm s   fo r   f u tu re   m o b i l e   a p p l i c a t i o n s .   IEEE  Com m u n .   M a g .   2014 ;  5 2 (2 ):  9 7 - 105.   [2 ]   An d re w s   J G ,  e t  a l .  W h a t  w i l l   5 G  b e ? .  IEEE  J .   Se l .   Are a s  Co m m u n .   2014 ;  3 2 (6 ):  1 0 6 5 - 1 0 8 2 .   [3 ]   Be n j e b b o u r   A ,  L i   A ,  S a i to   Y ,  Ki s h i y a m a   Y ,  Hara d a   A ,   Na k a m u ra   T .  S y s t e m - l e v e l   p e rf o rm a n c e   o f   d o wnl i n k   NO M A  fo r  fu t u re   L TE  e n h a n c e m e n ts .  Pro c .  IE EE  G l o b e c o m   W o r k s h o p s   (G C  W k s h p s ) .  2 0 1 3 :  6 6 - 7 0 .   [4 ]   Sa i to   Y ,  Be n j e b b o u r  A ,  Ki s h i y a m a   Y ,  Nak a m u ra   T .  Sy s te m l e v e l   p e rfo rm a n c e   e v a l u a t i o n   o f  d o wnl i n k   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) .  Pro c .   IEEE  2 4 th   In t .   Sy m p .   Pe rs .   In d o o r   M o b i l e   Rad i o   Com m u n .   (PIM RC ) .  2 0 1 3 :  6 1 1 – 615.   [5 ]   Din g   Z,   Pe n g   M ,  Po o r  HV.   Coo p e r a ti v e   n o n - o r th o g o n a l   m u l ti p l e   a c c e s s   i n   5 G   s y s t e m s .   IEEE   Com m u n .   L e tt .   2015 ;  1 9 ( 8 ):  1 4 6 2 - 1 4 6 5 .   [6 ]   Do   NT ,  d a   Cos ta   DB ,  Duo n g   TQ ,  An   B .  A  BNBF  u s e r  s e l e c t i o n   s c h e m e   fo r  NO M A - b a s e d   c o o p e ra ti v e   re l a y i n g   s y s te m s  w i th  S W I PT .  IEEE  Com m u n .   L e tt .   2 0 1 7 ;  2 1 ( 3 ):  6 6 4 – 6 6 7 .   [7 ]   Do  DT .  Po w e r  S w i tc h i n g   Pr o to c o l   fo r  T w o - w a y   Rel a y i n g   Net w o rk   u n d e r  Hard w a re   Im p a i r m e n ts .   Rad i o e n g i n e e ri n g .   2015 ;  2 4 ( 3 ) :  7 6 5 - 7 7 1 .   [8 ]   Do  DT ,  Ngu y e n   HS ,   Vo z n a k   M,   Ngu y e n   T S .  W i re l e s s   p o were d   r e l a y i n g   n e tw o rk s   u n d e r   i m p e rfe c t   c h a n n e l   s t a te   i n fo r m a t i o n :   s y s te m   p e r fo rm a n c e   a n d   o p ti m a l   p o l i c y   fo r   i n s ta n ta n e o u s   r a te .   Rad i o e n g i n e e ri n g ,  2 0 1 7 ;  2 6 ( 3 ) :8 6 9 - 8 7 7 .   [9 ]   Do   DT .  En e rg y - A w a re   Tw o - W a y   Rel a y i n g   Net w o rk s   u n d e r  I m p e rf e c t  Har d w a re :  O p t i m a l   T h ro u g h p u t   Des i g n  a n d  An a l y s i s .   Te l e c o m m u n i c a t i o n  S y s te m s  (Sp r i n g e r ) .  2015 ;  62 ( 2 ) :  4 49 - 4 5 9 .   [1 0 ]   Ngu y e n   XX ,  Do  D T .  O p ti m a l   p o w e r  a l l o c a ti o n   a n d   th ro u g h p u t  p e rf o 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 -   w a re   c h a n n e l .  EUR ASIP  J o u rn a l   o n   W i r e l e s s   Com m u n i c a t i o n s   a n d  Ne two r k i n g .   2 0 1 7 ;  2 0 1 7 (1 ):  152.   [1 1 ]   Do  DT ,  Le   CB .  E x p l o i ti n g   O u ta g e   Pe rf o rm a n c e   o f  W i r e l e s s   Po w e re d   NO M A.  TEL KO M NIKA   Te l e c o m m u n i c a ti o n  Co m p u t i n g  El e c tro n i c s  a n d  Co n tr o l .   2 0 1 8 ;  1 6 (5 ) :  1 9 0 7 - 1 9 1 7 .   [1 2 ]   Do  DT ,  Ngu y e n   TT T .  E x 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 r w a rd - A w a re     Coo p e ra t i v e   NO M A.  TEL KO M NIK A  Te l e c o m m u n i c a ti o n   Com p u ti n g   El e c tr o n i c s   a n d   Co n tro l .   2 0 1 8 ;   1 6 (5 ) :  1966 - 1 9 7 3 .   [1 3 ]   Do  DT ,  Ngu y e n   M SV ,  Hoa n g   T A .  Com p a ri s o n   s tu d y   o n   s e c r e c y   p ro b a b i l i ty   o f  AF - N O M A  a n d     AF - O M A  n e tw o rk s .  TEL KO M NIKA  Te l e c o m m u n i c a ti o n   Co m p u ti n g   El e c tr o n i c s   a n d   Co n tro l .   2 0 1 9 ;   1 7 (5 ) :   2200 - 2 2 0 7 .     [1 4 ]   Do  DT ,  Va e z i   M ,  Ngu y e n   TL .  W i re l e s s   P o were d   Coo p e ra ti v e   Re l a y i n g   u s i n g   NO M A  wit h   Im p e rfe c t   CSI .  Pro c .  o f  IEEE  G l o b e c o m   W o r k s h o p s  (GC   W k s h p s ) .  A b u  Dh a b i .  2 0 1 8 :  1 - 6 .   [1 5 ]   Ze w d e   T A,   G u rs o y   MC .  NO M A - b a s e d   e n e rg y - e ff i c i e n t  w i re l e s s   p o w e re d   c o m m u n i c a ti o n s .  IEE E   Tra n s .  Gree n  Co m m u n .  a n d  N e t .  2 0 1 8 ;  2 (3 ):  6 7 9 - 6 9 2 .   [1 6 ]   G o n g   J ,  Ch e n   X .  Ac h i e v a b l e   ra te   re g i o n   o f   n o n - o rt h o g o n a l   m u l t i p l e   a c c e s s   s y s te m s   w i th   w i re l e s s   p o w e re d  d e c o d e r .  IEEE  J .  Se l .  Are a s  C o m m u n .  2 0 1 7 ;  3 5 ( 1 2 ) :  2 8 4 6 - 2 8 5 9 .   [1 7 ]   Li   Y ,  e t  a l .  Se c u r e   b e a m fo r m i n g   i n   d o w n l i n k   M ISO   n o n - o rt h o g o n a l   m u l t i p l e   a c c e s s   s y s t e m s .  IEEE   Tra n s .  Ve h .  Te c h n o l .  2 0 1 7 ;  6 6 (8 ):  7 5 6 3 - 7 5 6 7 .   [1 8 ]   Ngu y e n   T L ,  Do   DT .  Ex p l o i ti n g   Im p a c t s   o f  In t e rc e l l   In te rf e r e n c e   o n   S W I PT - a s s i s te d   N on - o rth o g o n a l   M u l ti p l e  Ac c e s s .   Wi re l e s s  Co m m u n i c a ti o n s   a n d  M o b i l e  Co m p u ti n g .   2 0 1 8 ;  2 0 1 8 .     [1 9 ]   Do   DT ,   Le   CB .  Ap p l i c a ti o n   o f  NO M A  i n   W i re l e s s   Sy s t e m   w i th   W i re l e s s   Po w e r  T ra n s f e r  Sc h e m e :   O u ta g e  a n d  Erg o d i c  Ca p a c i ty  Pe rfo rm a n c e  An a l y s i s .   Se n s o r s .  2 0 1 8 ;  1 8 (1 0 ) :  3 5 0 1 .   [2 0 ]   Do   DT ,  Va n   Ngu y e n   MS ,  Ho a n g   T A,   Vo z n a k   M .  NO M A - A s s i s te d   M u l ti p l e   Ac c e s s   Sc h e m e   fo r  Io T   Dep l o y m e n t:   Re l a y   Se l e c ti o n   M o d e l   a n d   S e c re c y   Pe rf o rm a n c e   Im p r o v e m e n t .  Se n s o rs .   2 0 1 9 ;    1 9 (3 ):  7 3 6 .   [2 1 ]   DT   Do,   A T   L e ,  CB   L e ,  B M   L e e .  O n   Ex a c t  O u ta g e   a n d   T h ro u g h p u t  Pe rfo r m a n c e   o f  Cog n i ti v e   Rad i o   b a s e d   Non - O rth o g o n a l   M u l ti p l e   Ac c e s s   Net w o rk s   w i th   a n d   W i t h o u t  D 2 D  L i n k .  Se n s o rs .  2 0 1 9 ;    19 (1 5 ) :   3 3 1 4 .   [2 2 ]   Do   DT ,   T h i   Ngu y e n   TT .   Im p a c ts   o f  i m p e rfe c t  SIC  a n d   i m p e rf e c t  h a rd w a re   i n   p e r fo rm a n c e   a n a l y s i s   o n   AF  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  n e tw o rk .  Te l e c o m m u n i c a t i o n  S y s t e m s .   2 0 1 9 :  1 - 15 .   [2 3 ]   Do  DT ,  Va n   Ngu y e n   MS .  Dev i c e - to - d e v i c e   tra n s m i s s i o n   m o d e s   i n   NO M A  n e tw o rk   w i th   a n d   w i th o u t   W i r e l e s s  Po w e r T ra n s fe r .   Com p u te r  Com m u n i c a t i o n s .  2 0 1 9 ;  139 :  67 - 77 .    [2 4 ]   Do  DT ,  A. - T .  L e ,  B.  M .  L e e .  O n   Pe rfo rm a n c e   A n a l y s i s   o f  Und e rl a y   Cog n i ti v e   Rad i o - Aw a re   Hy b ri d   O M A/NO M A Ne tw o rk s  w i th  I m p e rfe c t  CSI.  El e c tr o n i c s .   2 0 1 9 ;   8 :   8 1 9 .   [2 5 ]   G ra d s h te y n   IS,   Ry z h i k   IM .   T a b l e   o f  i n te g ra l s ,  s e r i e s ,  a n d   p ro d u c t s .  S e v e n th   e d i ti o n .  Ac a d e m i c     p re s s .   2 0 0 7 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.