Int ern at i onal  Journ al of Ele ctrical  an d  Co mput er  En gin eeri ng   (IJ E C E)   Vo l.   9 , No .   5 ,  Octo ber   201 9 , pp.  3607 ~3 614   IS S N: 20 88 - 8708 ,  DOI: 10 .11 591/ ijece . v9 i 5 . pp3607 - 36 14          3607       Journ al h om e page :  http: // ia es core .c om/ journa ls /i ndex. ph p/IJECE   Outage  probabil ity anal ysis of E H r elay - assisted n on - or th ogonal  mu ltip le a cc ess ( NO M A) systems  over blo ck raylei gh   fading c hann el       Tan N.  N guye n 1 , Mi nh  Tr an 2 , Van - D uc Ph an 3 , H oang - N am  Nguy e n 4 ,  Thanh - Lo ng  Nguy e n 5   1 W ire le ss   Com muni cations  Rese a rch   Group,   Facult y   of El ec tr ic a l a nd  Elec tron ic s  E ngine er ing,    Ton  Duc Thang   Univer sit y ,   Vie t nam   2 Optoel e ct roni 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   Un ive rsit y ,   Vie t nam   3 Cent er   of Excel le nc e  for   Autom at ion   and   Prec isi on  Mec han ical E ngine er ing, Nguy en   T at T hanh   U nive rsit y ,   Vi et na m   4 Modeli ng  Evolutiona r y   A lgori t hm s Sim ula ti on  and  Artif ic i al Int el li g ence, Fac ul t y   of  E lectr i ca l   a nd   Elec tron ic s  Engi ne eri ng,   To n  Duc  Th ang  Un ive rsit y ,   Vi et na m   5 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 a n   21 , 2 01 9   Re vised  A pr   5 ,  201 9   Accepte d  Apr   13 , 201 9       Non - orthogona l  m ult ipl e  a ccess   (NO MA )  has  bee n  ide nti f ie d  as  a  prom ising  m ult ipl e  a ccess   te chni qu e  for  the  fift h  gene r at ion   (5G)  m obil e  net works   due   to  it s   superior   sp ec tr al   eff i ci en c y .  In  th is  pap er,  we  in troduc e   and   inve stigat e   a   Non - orthogon al   m ult ip le   ac c e ss   ( NOMA )  of  ene rg y   har v esti ng   (EH)   rela y   assisted  s y stem   over   Bloc k  R a y leigh  Fading   Channe l .  To  eva lu at e  the  per form anc e  of  the   proposed  s y stem,  the   integr al   expr ession  of   the   outa ge   proba bil i t y   is  a naly z ed  and   de rive d .   Num eri cal  r esult s  conf ir m   tha t   ou r   der ive d   ana l y t ical  result s  m at ch   well   with  th e  Monte  Carl o   si m ula ti ons   i n   conne c ti on  wi th al l   poss ibl e  s y ste m   par amete r .   Ke yw or d s :   Energy  harvest ing   Mon te  Ca rlo  si m ula ti on s     NO M A   Ou ta ge pr obab il ity   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 :   Van - D uc  P han   Ce nter of  Ex c e ll ence for   A utom at ion  and Pre ci sion  Mec han i cal  Enginee rin g ,    Nguyen  Tat T ha nh   U niv e rsity ,    Ho Chi Mi nh  Ci ty , V ie tnam .   Em a il :  pv duc @n tt .e du.vn     Ho a ng - Nam  N gu ye n,   Mod el in g  E voluti on a ry  Algor it h m s Si m ulatio n an d A rtific ia l In te ll igence ,   Faculty  of Elec tric al  &  Ele ct r on ic s  Engine er ing ,   To n Du c  Th a ng  Un i ver sit y,    Ho Chi Mi nh  Ci ty , V ie tnam .   Em a il :  ng uyen ho a ngnam @td tu.edu. vn       1.   INTROD U CTION   In   the  histo ry  of   wi reless  co m m un ic at ion s  from   the  first  gen e rati on  (1G )  to  4G,  the  m ulti ple  acce ss   schem e  has  be en  the  key  t echnolo gy  to  disti nguish  dif fer e nt  wireles s  syst e m s.  It  is  well   know n  tha t   fr e qu e ncy - div i sion   m ulti ple  a ccess  (FDMA )   for  1G,  ti m e - div isi on   m ultip le   acce ss  (T D MA)  m os tl y  f or   2G,   cod e - div isi on m ul ti ple  acce ss  (C DMA)  f or 3 G ,  a nd o rth og on al   freq ue ncy - di vision  m ultip le   acce ss   ( OFDMA )   for  4G  are   pr i m aril y  or th ogon al   m ulti ple  acce ss  ( OMA )   schem es.  I n  t hese  c onve ntion al   m ulti ple  acce ss  schem es, d iff e r ent u se rs  are al locat ed  to  or t hogo nal r es ourc es in eit her  the  tim e, f req ue nc y, or  c od e  dom ai n  in  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  9 , N o.   5 ,  Oct ober  20 19  :   3 6 0 7   -   3 6 1 4   3608   order   t o  av oid  or   al le viate   interf us e  inte rference .  I n  this   way,  m ult iplexin g  gai n  can  be  ac hieve d  with  reasona ble  co m plexit y.  Howev e r,   t he  fas t  gr owth  of  m o bile  I nter net  has  pr op el le d  1000 - fo l d  data   traff i c   increase  by  20 20   f or  5G.  He nce,  the  sp e ct r al   eff ic ie ncy  beco m es  on e  of  the  key  chall eng e s  to  handle   su ch   exp l os ive   data   traff ic .  Mo reover ,  due  t o  the   rap i d  dev el op m ent  of   t he  In t ern et   of  Thi ng s  (IoT ),   5G  n e eds  to   su pp or t  m assiv e  co nnect ivit y  of  us e rs   an d/or   de vices  t o  m e et   the  dem and   for  lo w   la te nc y,  low - c os t  de vices,  and   div e rse  se r vice  ty pes.   T o  sat isfy  these  re qu i rem ents,  enh ance d  te ch nol og ie s  a re  nece ssary.  S o  fa r,   s om e   po te ntial   can did at es  hav e   be e n  pr opos e d  to  address   chall e ng e s  of  5G,   s uch  as  m assive  MIM O ,  m ill i m et er  wav e   com m un ic at ion s ,   ultra - de ns e  netw ork ,  an d  non - ort hogo nal  m ul ti ple  acce ss  ( NO M A).  F rom   that  analy sis,  N on - or t hogonal  m ulti ple  acce ss  (N OM A)   has  been   i den ti fie d  as  a  prom isi ng   m ulti ple  a ccess  te chn iq ue  f or   the  fifth  ge ne rati on   ( 5G)  m ob il e  netw ork s  du e  to  it s  su pe rio r  sp ect r al   eff ic ie ncy  [1 - 6] .   In   c ontrast   to  t rad it io nal  wate r - fill ing   po wer  al locat ion   stra te gy,  N OMA  al locat es  m or e   powe r  to  the  us er s   with  w or se  c ha nn el   co ndit io ns ,  w hic h  re s ul ts  in  a  bette r  trade off  betwe en  the  syst e m   thr oughput  an d  us e r  fairn e ss.   F r om  the  pre vious  researc hes,  the   i m pact  of   us e r  pai rin g  on  dow nlin k  N OM A  syst em s  has  bee n  char act e rized   i n  [ 7],  t he  wor k  in   [ 8]  has   s tud ie d  the  po wer   al l ocati on  w it h  m ax - m i n  fai rn e ss  crit erio n.   An   upli nk   N O MA  schem e  with  j oi nt  powe r   and   s ubcar rier   al locat ion s  ha s  been   pro pose d  in  [ 9],  w he r e  the   perform ance  of   bo t h  li nk - le ve l  and   syst e m   le vel  has  bee n  inv est igate d .  I n  [10],  a  co operati on - ba sed  NOM A   schem e  fo r   c oor din at e d  dire ct   an d  r el ay   tr ansm issi on s  ha s  bee n  i ntr oduced .  A  div e rs it y - or ie nte d   de te ct ion   m echan ism   fo r   the  co operati ve   relay ing   syst e m   us ing  N O MA  has   bee n  pro posed   in  [11 ] .  The  perform ance  of  transm it   antenn a  sel ect io n  for  NO M A  assis te d   m ulti ple - inp ut - m ulti ple - ou tp ut  (M IMO )   relay   net wor ks  ha ve   been   e xam ined   in   [12].  In s pir ed  by  us e r  colla borati on,  a  co op e rati ve  N O MA  transm issio n  sc hem e  has  bee n  pro po se d  i n   [13].   The  m ai n  obj e ct ive  of   this  a r ti cl e  is  to   pro pose  an d  in vesti gate  a  N on - O r thogonal  Mult iple  Access  (NOMA )  E H   relay   assist ed  syst em   ov er  Bl ock   Ra yl ei gh   Fa ding  Chan nel.  Fir stl y,  we  pro pos ed   an d  inv est igate d   a  Non - O rth ogon al   Mult iple  A ccess  ( N OMA )  E H  relay - ass ist ed   syst em   ov er   Bl ock  Ra yl ei gh  Fading  C ha nnel .  I n  the   ana ly sis  process,   we  a naly ze  a nd  de rive   the   integ ral  ex pr ession  of  t he  ou ta ge  pro bab il it y .  Finall y,  the  Mo nt e  Ca rlo  Sim ul at ion   is  use d   f or   validat in g  t he  analy ti cal   analy sis  in  co nnect ion  with  al l  po ssi bl e  syst e m   par am et ers.   The  re su lt s  sho w  tha t  the  analy ti cal  and   sim ulati on   res ults  agr ee   well   with  eac h  ot he r  in  c on ta ct   with  al l  possible  s yst e m   par am e t ers.   T he  m ai n  con t rib ution s   of  this researc h  can  be   fo c us e d   on   as t he follo wings:    -     We  pro pose  a nd  in vestigat e  a   Non - O rth ogonal   Mult iple  A c cess  (NOM A )  EH  relay   assist ed  syst e m   over   Bl ock  Ray le ig h  Fa ding C ha nnel .   -     The  i ntegral  fo rm  ex pr essi on  of the  outa ge p roba bili ty  is analy zed and deri ved.   -     The  i nf lue nce   of all  possible  syst e m  p aram e te rs  on t he ou ta ge pr obabili ty  is in vestigat ed   and d is c us se d.   -     All res ults are  ver ifie d by the   Mon te  Ca rlo  si m ula ti on .   The  rest  of  this  m anu scri pt  is  organ iz e d   as   fo ll ows.  I n  se ct ion   2,   we  pr esent  the  pro pose d  syst e m   m od el   and   ana ly sis   of   the  ou ta ge  pro ba bili t y  of   the  pro posed  syst em   mo del.  N um eric al   resu lt s  an d  so m e   discuss i on  are   dr a w n   in  sect io n   3.   Sect ion 4   con cl ud e s this  m anu scri pt.       2.   SY STE M MO DEL A N D  O UTAG E  P ROB ABILIT Y A NA L YS I S   As  s how n   in   Fig ure   1,   w e  pro po se d  a   si m ple  coop erati ve  net wor k  w he re  a  s ource  node,  com m un ic at es   with  a  destin at ion   node ,  D,  via  the  helpi ng   of   a  dec od e - an d - f orward   (D F )  relay   node ,  R.  More ov e r,  the  so urce  S  ca n  a lso  directl y  co m m un ic at e  the  destinat io n  D.  He re,  we  a ssum e  t hat  the  sy stem s   op e rate  in  half - duplex  m od e ,  i.e ,..,  the  relay   cannot  tra ns m it   and   rec ei ve  a  sym bo l  at   the  sam e  tim e.   We  denote t he c hannel c oeffic ie nts  ,, S R S D R D h h h of  the  li nk  betwee n  S , R , and D,  r es pec ti vely .            Fig ure   1.  Syst em   m od el   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N: 20 88 - 8708       Ou t ag e  pro babi li ty  a na ly sis  of  EH rel ay - assi ste d   non - or t hogona l m ulti ple  access  …  ( Tan  N. Ng uyen )   3609   The  fad i ng  ga ins  in  al l  in vo l ved  li nks  are  ass um ed  to  f ollo w   the   Ra yl ei gh   distr ibu ti on  with   the pr ob a bili ty  d en sit y functi on  (P D F) as in  [14 ] .     2 1 ( ) e x p ( ) k h kk x fx       (1)     Wh e re { , , } k S R S D R D .   Fr om   (1 )  t he  c um ulati ve  distribu ti on  f unct io n  (C DF )  ca n  be   ob ta ine d  as 2 ( ) 1 e x p ( ) k h k x Fx ,   k is   the m ean o f   th e  ra ndom   var ia ble 2 k h .   As  in  m any  previo us   publica ti on s,  we  ass um e  that  the  source  a nd  destin at ion,  as  well   as  the  relay ,   know the  ch a nnel  g ai ns . T he   energy  harvesti ng and i nfor m at ion   processi ng f or t his pr opose d  m od el  syst em   as   sh ow n   in  Fig ure  2.  I n  this  protoc ol,  the  tra ns m issi on   is  di vid ed   i nto   bloc ks   of   le ng t h  T,  w hich  c ons ist s  of  three   tim e   slot s.  In   the  first  ti m e  slot  α T   (α  is  the  tim e  swi tc hin g  facto r,   01  ) ,  the  relay   harvests  ene rg y   from   the  sourc e  no de  S n .  I n  the  sec ond  inter val  ti m e  (1 - α )  T /2,  t he  s ource   S  tra nsfers   the   inf orm ation   to   R  a nd   D  at   th e  sam e   tim e.  Fi nally ,  the  rem ai nin g  tim e  slot  (1 - α )  T /2  is  use d   f or   i nfor m at i on  tra ns fe rr i ng   fro m   the r el ay   node t o  the  destinat i on.           Fig ure   2 .  EH  a nd I T  pr ocesse s       The har veste d ener gy at the  re la y ca n  be  e xpress ed   as  in  [ 14 ]     2 h s S R E T P h      (2)     Wh e re  01    is   ene r gy con ver si on  eff ic ie ncy ,   an d  01  is   a  ti m e - switch in g   factor.   The  a ver a ge  tr ansm it  p ow er  a t t he  relay  ca n be  giv e n by     2 ( 1 ) / 2 h R s S R E P P h T      (3)     Wh e re  2 1      The  c omm un ic at ion  p r ocess   f or  coo per at ive r el ay   syst e m s  con sist s of  the   r e m ai nin g   tw o  consecuti ve   tim e  s lots.   Durin g  the  sec ond  tim e  slot,  the  so urce  S  will   transm i t   a  sy m bo l 1 a with  the  powe r  P s   to  bot h   the r el ay  R a nd  d est inati on  D.  Ther e f or e,  the   receive d   sig nal  at R an d D ca n be e xpresse d as, r e sp ect ivel y.     1 1 ,1 ,1 , R a S S R R D a S S D D y P h a n y P h a n       (4)     Wh e re  , RD nn are  the  add it ive  wh it e  Gau s sia n  noise   (AWGN)  with   zero   m ean  and  var ia nce 0 N ,  an d 2 1 1 a  ,   is ex pectat ion   op e rato r.   The recei ve d  si gn al  t o no ise  r a ti o  (SNR)  for  the  sym bo l   1 a at  R  and  D  is   giv e n by,  res pecti vel y.     1 1 2 2 ,0 0 2 2 ,0 0 , S S R S R a S R S S D S D a S D Ph h N Ph h N         (5)   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  9 , N o.   5 ,  Oct ober  20 19  :   3 6 0 7   -   3 6 1 4   3610   Wh e re 0 0 s P N .   In   the  t hir d  ti m e  slot,  R  wil l  fo r ward   the  decode d  sym bo l  1 a with  the  power   P R   to  D,   and   S  will   transm it   ano th er  sym bo l  2 a   with  2 2 1 a  an d  the  power   P s   t o  D .  Hen ce ,  the  r e cei ved   si gn al   at   D  is    giv e n by      12 D R R D s S D D y P h a P h a n     (6)     Apply  su cces sive  interfe re nce  cancel la ti on   (S IC ) - base d   N OMA  sc hem e,  D  firstly   deco de s   the  sy m bo l  1 a by   disposin g   of   the  sym bo l   2 a as  a  no ise   te rm .  A lso,   1 a is  rej ect ed  f ro m   y D   by   us in g  SI C  to   decode 2 a .   S o,  t he  r ecei ve d SNR s for   sym bo l   1 a and  2 a are r es pecti vely  obtai n ed   as     1 2 2 2 0 , 22 00 1 R R D S R R D Da s S D S D P h h h P h N h        (7)     2 2 ,0 D a S D h      (8)     Finall y, we  c an  obtai n  the  e nd to  e nd S NR fo r  the   tran sm i tt e d   sym bo l  1 a   as th e f ollow i ng     1 1 1 2 , , , m i n , e e a D a S R a     (9)     Using  the   sel ect ing   c om bin ing   ( SC)  te c hn i que  at   the  recei ver,  so  the  t otal  ou ta ge  pr ob a bili ty   of   1 a is  giv e n by     1 1 1 1 , , , 22 22 0 00 2 0 0 00 0 0 00 0 P r m a x m i n , , P r m a x m i n , , 1 P r m a x m i n , , 1 P r m i n , , 1 a D a SR a SD a th SR R D SR SD th SD th th OP hh hh h XY XZ Z XY X Z                                    0 00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 P r or 1 P r or 1 P r , P r , 1 Pr 1 th th th th th th th th th th th th th th Z XY X and Z Z XY and Z X and Z Z XY Z X Z Z XY and X a Z                          0 00 0 0 0 0 0 ( 1 ) 00 0 0 0 ( 1 ) 0 0 0 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) th th th th th th Z X th th Z X Y X Z Z X Z X Y nd Z f z dz f x dx f y dy F F f z dz f x dx f y dy          (10)     Wh e re   we  de note 2 2 2 2 , , , 2 1 R S R R D S D t h X h Y h Z h , a nd  R   is   th e  source  r at e.   Let ’s us to de note     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N: 20 88 - 8708       Ou t ag e  pro babi li ty  a na ly sis  of  EH rel ay - assi ste d   non - or t hogona l m ulti ple  access  …  ( Tan  N. Ng uyen )   3611   0 0 0 0 0 0 ( 1 ) 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 ( 1 ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( 1 ) ( ) 1 e xp ( ) 1 ( ) ( ) ( ) th th th th th th Z X th Z X Y Z Y X th ZX RD Z X Z SR Z P f z dz f x dx f y dy f z dz F f x dx X Z f z dz f x dx X f z dz f x dx f z dz                    0 0 0 0 0 0 00 00 ( 1 ) e xp 1 ( 1 ) ( ) e xp th th R D SR th th ZZ SR R D SR Zx dx x Zx F f z dz dx x            (1 1)     Apply eq  (3. 32 4,   1)  of   t he  ta bl e   of  inte gr al   [15], (1 1) can   be   rewrit te n   as   t he   f ollow i ng     0 0 00 11 0 0 0 0 00 1 0 0 0 0 ( 1 ) ( 1 ) ( ) 4 2 1 ( 1 ) ( 1 ) 2 e x p 2 th th t h t h t h ZZ R D S R R D S R t h t h t h Z S D R D S R S D R D S R zz P F f z K d z z z z F K d z                 (1 2 )     wh e re  () v K   is t he  m od i fied  Be ssel  functi on  of  t he se co nd k i nd and   v th   or der .   And     0 0 0 0 0 0 0 0 0 ( 1 ) 2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 0 ( ) ( ) ( ) 1 ( 1 ) ( ) ( ) ( ) e xp 1( ( ) e xp th th th th th th th th Z X Z X Y th Z X Z S R R D S R t h t h t h Z X Z SR P f z dz f x dx f y dy Zx f z dz f x dx f z dz dx x Z F F f z dz     0 0 0 1) th R D S R x dx x      (1 3 )     Re place ( 1 2 ),   (1 3 )  i nto   (1 0 ),   we have     0 0 1 00 00 1 00 0 0 0 00 1 ( 1 ) ( 1 ) 1 2 e xp 2 1 ( 1 ) e xp e xp th th SD th th t h t h a S D R D S R S D R D S R th S R S D S D R D S R z z z O P e K dz z Z x dz dx x                  (14)     Si m il arity, t he e nd to  e nd S N R for  t he  tra nsm itted   sym bo l  2 a   can  be  cal c ula te d   as     2 1 2 2 , , , m i n , e e a D a D a     (15)     Ther e f or e,  the   total  o uta ge pr ob a bili ty   of   2 a   ca n  be  c om pu te d   as     2 2 1 2 1 2 2 , , , , , 22 2 0 0 2 0 P r P r m in , 1 P r , 1 P r , 1 a e e a t h D a D a t h D a t h D a t h S R R D t h S D SD OP hh h h         (16)   In   orde r  to   fi nd  the  total   ou ta ge  pr ob a bili ty   of   2 a ,  we  de no te   that  2 2 2 , S R R D S D V h h W h  ,  ( 16 )  ca n  be  rewrit te n   as   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  9 , N o.   5 ,  Oct ober  20 19  :   3 6 0 7   -   3 6 1 4   3612   2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 Pr , 1 Pr , 1 1 ( ) ( ) th th th th a t h t h WV w W V O P W V W W f w d w f v d v               ( 17 )     Util iz ing  the  r e su lt  in [1 6] , t he   CDF  of  V  ca n  be  s how n   as  th e  ( 18) :     1 ( ) 1 2 2 V S R R D S R R D vv F v K          (18)     wh e re  () v K   is t he  m od i fied  Be ssel  functi on  of  t he se co nd k i nd and   v th   or der .     Fr om  ( 17 ),   ( 18 ),   we ha ve:     2 0 w 00 1 00 11 2 12 SD th t h t h a S D S R R D S R R D ww O P e K d w          (19)       3.   RESU LT S  AND DI SCUS S ION   Fo r  validat io n,  the  correct ne ss  of   the  de rive d  syst e m   per f orm ance  expressio ns ,   as  well   as  inv est igati on  of  the  ef fect  of  v ari ou s p aram et ers  on  the  syst e m   per form a nce,   a  set   of  Mo nte  Ca rl o  sim ulati ons   are  c onduct ed  and  prese nted  i n  this   sect ion  [ 17 - 21 ] .  For  ea ch   sim ulati on ,  we  first  prov i de   the  gr a phs  from   the   analy ti cal   fo rm ulas.  Sec ondly,   we  plo t  the  sam e  cur ves  that   resu lt   from   the  Mon te   Ca rlo   si m ulati on .  For  this  pur po se ,  we  ge ner at e  10 6  ra ndom   sa m ples   of   each  c ha nnel   gain ,  w hich  are   Ra yl ei gh  distrib uted.   F inall y,   the an al yt ic al  cu r ve  a nd the  sim ula ti on  one  s hould m at ch  tog et he r  to  v e rif y t he  co rr ect ne ss of  our  a naly sis.   The ou ta ge pr obabili ty  o f  t he pr opos e d  syst e m  v ersus  tra ns m it ti ng   S NR γ 0   is plotte d   i n  Fi g ure   3  with  basic  syst e m   p aram et ers  as  R =0.5  bps,  η= 0. 8,   α =0.4 5  an d  0.85.  In   this  a naly sis,  the  transm it  SN R  γ 0   var ie s   from   - 10   dB  to  20  dB  co ntinuo us ly .  From   the  research   r esults,  we  see   that  the  ou ta ge  pro bab il it y  of   the  pro po se d  syst em   decr eases  sign i ficantl y  with  the  incr easi ng  the  tran sm i t  SN R  γ 0 .  It  ca n  be  obser ve d   that  the   higher  t ran sm it  SN R  γ 0   ca us e s  a   hig he r   th rough pu t  of   t he  pro po se d  syst e m .  All  the  si m ulati on   a nd  an al yt ic al  curves m at ched   well  w it h  e ac h othe r.     Fu rt her m or e,  Figure  4  sho ws  the  c onne ct ion   bet wee n  the  syst e m   ou ta ge  pro bab il it y  and   tim e   switc hing  fact or   α   with  the  m ai n  syst e m   par am et ers  as  R =0.5  bps,  γ 0 =  10   dB  and   η= 0.4,  0.8 .  As  show n  in   Figure  4,  we  c an  see  that  the  ou ta ge  pr ob a bi li ty   of   the  syst e m   m od el   has  a  decr ease  w he n  the  ti m e  swit chin g  factor   α   va ries  from   0  to  1  in  the  co nn ect io n  with  the  fact  that  m or e  powe r  is  us ed  for  ha rv est in g  e nerg y  at   R   than  power   is  us e d  f or   in for m at ion   transm issi on   betwee n  D,   R  an d  S.  Ag ai n  al l  si m ulati on   a nd   a na ly ti cal  resu lt s a gr ee  wel l wit h  eac h other.           Fig ure   3 .  O P  ve rsu s  tra ns m it   SN R γ 0       Fig ure   4 .  O P  ve rsu s  α   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N: 20 88 - 8708       Ou t ag e  pro babi li ty  a na ly sis  of  EH rel ay - assi ste d   non - or t hogona l m ulti ple  access  …  ( Tan  N. Ng uyen )   3613   More ov e r,   t he  functi on  of  the   ou ta ge  pr ob a bi li t y  on   the  e ne rg y  c onversi on   eff ic ie ncy  η  a s  show n   in  Figure  5.   He re  we  set   the   m ain   syst em   par am et ers  as  R - 0. 5  bp s ,  α =0 .5  a nd  γ 0 =  5,   10  dB .  Sim il ar  to   the  a bove   cases,  the   outa ge  probabil it y  of   t he  m od el   s yst e m   increases  cr ucial ly   wh i le   the  ene r gy  c onve rsion  e ff ic ie ncy   var ie s  from   0  t o  1.   It  ca n  be  obser ve d   that   th e  m or e  eff ic ie n t   energy  c onve rsion  of  the  syst e m   the  le ss  outa ge   pro bab il it y.  I n add it io n , t he  a naly ti cal  cu rv e  is the sam e as  the sim ulati on  cu r ve  as   s how n  in  Fig ure  5.   Finall y,  the  ou ta ge  prob a bili ty   ver s us  the   source   rate  R   as  sh ow n  i n  Fi gur e  6  with   α =0 .5,  η= 0.8   a nd   γ 0 =  5,   10   dB.  Fr om   the  resu l ts,  the  outa ge  pro bab il it y  increases  sig nific antly   wh e n  the   so urce  rate  i nc reases   from   0  to  7.  W e  can  see  th at   the  sim ulatio n  a nd   th e  analy ti cal   resu lt   are  th e  sa m e  with  al l   values  of  the  s ource    rate R.           Fig ure   5 .  O P  ve rsu s  η       Fig ure   6 .  O P  ve rsu s  R       4.   CONCL US I O N   In  this  pa per ,   we  int rod uc e   a nd  in vestigat e  a   N on - Or th og on al   Mult iple  Access  ( NO M A)  EH   relay   assist ed  syst em   ov er  Bl ock  Ra yl e igh   Fa ding  Chan nel.   Firstl y,  we  pro po se d   an d  inv est igate d   a  Non - Or t hogonal  M ulti ple  Access   (NOMA )  E H  r el ay - assist ed   s yst e m   ov er  Bl ock  Ra yl ei gh   Fading  C ha nn e l .  In  the   analy sis  proces s,  we   analy ze  and  de rive   t he  integral  e xpres sion   of  the  outa ge  prob a bili ty .  Finall y,  the  Mon t e   Ca rlo  Sim ulatio n  is  us e d   f or  validat in g  the  analy ti cal   analy sis  in  con necti on  wit h  al l  po ssible  syst e m   par am et ers.   Th e  resu lt s  show  that  the  analy tical   and   sim ula ti on   res ults  agree   well   with  each  oth e r  in  co n ta ct   with all  possi ble syst e m  p ara m et ers.       REFERE NCE S     [1]   Chen  He,  Cha o  Zhai,   Yonghui  L i  and  Branka   Vuce tic ,   "Coopera t ive   Strat eg ie s  for  W i rel ess - Pow er e d   Com m unic at ions:  An Overview , "  IEE E   Wire le ss   Comm unic ati ons ,   vol .   25 ,   no .   4 ,   p p.   112 - 19 ,  08   20 18.   [2]   Yu  H.,   Lee  H. ,   Jeon  H. ,   " W hat   is  5G ?   Emerg in g  5G  Mobile  Se rvic es  and  Ne twork  Requi r ements.   Sus ta in abi l ity,   vol.   9,   no .   10 ,   pp .   1848 ,   Oct   2017 .   [3]   Sharm a  V.,   Kar m aka r  P. ,   " A  N ovel   Method   of   Opportunisti c   W ire le ss   Ene rg y   Harv esti ng   in   Cognit iv e  Rad i o  Networks ,"   2015  7th  Int ernational  Confe ren c e  on  Computational  Intelli g ence,   Comm unic a tion  Syste ms   and   Net works ,   Jun  2 015 .   [4]   Bocc ard i,   Feder ic o,   Rober t  He at h,   Angel  Lozano,   Thomas  Marz etta  and  P et ar  Popovs ki ,   "F iv e  Disruptive   Te chno log y   Dir e ct ions f or   5G , "  I EE E   Comm unications  Magazine ,   vol .   52 ,   no .   2 ,   p p.   74 - 80 ,   Feb   20 14 .   [5]   Dai  Li ng long,   Bic hai  W ang,   Y ife i  Yuan ,   Shua ngfe ng  Han,   Ch ih - Li n  I  and  Zh aoc heng  W ang ,  "N on - orthogona l   Multi ple  Acc ess  for  5G:  So lut ions,   Challe nges,   Opportun it ie s ,   and   Fut ure   Rese arc h   Tre nds , "  I EE E   Comm unic ati ons Magazine ,   vol .   53,   no .   9 ,   pp .   74 - 81 ,   Sep   2015 .   [6]   Sait o  Yu y a,   Yos hihi sa  Kishi y ama,   Anass   Benj eb bour,   Ta k ehi ro  Naka m ura ,   Anxi n  Li ,   and  Keni c hi  Higuchi ,  "N o n - Orthogonal   Mul ti ple  Acc ess  (NO MA )  for  Cel lu la r  Futur e  Rad io   Acc ess , "  2013   IEE E   77th  Ve hi cul ar  Techno log y  Confe renc e  ( VTC Spring) ,  Jun   2 013.   [7]   Ding  Zhi guo,   Pi ngzhi   Fan  and  H.  Vince nt  Poor . ,   "Im pac t  of  Us er  Pairi ng  on  5 G  Nonorthogonal   Multi p le - Ac c ess   Dow nli nk  Tra ns m issions , "  IEE E   Tr ansa ct ions o n   Ve h ic ular   Tech nology ,   vol .   65 ,   no.   8 ,   pp .   6010 - 023 ,   Aug 2016 .   [8]   Ti m othe ou  Steli os  and  Ioa nnis  Krikidi s ,   "F ai rn ess  for  Non - Ort hogonal   Multi p l e  Acc ess  in  5G  Sy st ems , "  IEEE   Signal   Proce ss in g  Letters ,   vol .   22 ,   no .   10 ,   pp .   164 7 - 651 ,   Oct   2015 .   [9]   Al - Im ari   Moham m ed,   Pei  Xiao ,   Muham m ad  A li   Im ran   and  Rahi m   Ta faz ol li ,   " Uplink  Non - orthogona l  Multi pl e   Acc ess  for  5G  W ire le ss   Networks , "  2014  11th  Inte rnationa l  S ymposium  on  Wirel ess  Comm unic ati ons  S yste ms   ( ISWCS ) ,  Aug   2014.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  9 , N o.   5 ,  Oct ober  20 19  :   3 6 0 7   -   3 6 1 4   3614   [10]   Kim   Jung - Bin  a nd  In - Ho  Lee ,   " Non - Orthogona l   Multi ple   Acc es s  in  Coordina te d   Dire ct   and  Re lay   Tr ansm ission , "  IEE E   Comm unications  Letters ,   v ol.   19 ,   no .   11 ,   pp .   2037 - 040 ,   Nov   2015 .   [11]   Xu  Min,  Fei  Ji,  Miaowen  W en  a nd  W ei   Duan ,   " Novel  Recei v er  Design  for  the   C ooper ative  Re lay ing  S y stem  W ith  Non - Orthogonal  Multi pl e  Ac ce ss , "  IE EE   Comm u nic ati ons   Letters ,   vol .   20 ,   no .   8 ,   p p.   1679 - 682 ,   Au g   2016 .   [12]   Kizi li rm ak  R efik  Cagl ar ,   "N on - Orthogonal   Mul ti ple  Acc ess  (NO MA )  for  5G  Networks , "  Tow ards   5G  Wirel ess  Net works  -   A Ph ysic al   Layer Per spec tive ,  De c   20 16.   [13]   Li u  Yuanwei ,   Z higuo  Ding,   Mage d  El kashl an  a nd  H.  Vince nt  Poor ,   "Coopera t iv e  Non - orthogona l  Multi pl e  Acc e ss   W it h  Sim ult an eous  W ire le ss   Inform at ion  and  Pow er  Tr ansfe r , "  I EE E   Journal  on  Sel e ct ed   Areas   in   Comm unic ati ons ,   vol .   34 ,   no .   4 ,   p p.   938 - 53 ,   Apr   2 016 .   [14]   Nasir  Ali  A. ,   Xiang y un   Zhou ,   Salman  Durra ni  and  Rodn e y  A.  Kenne d y ,   "Relay ing   Proto col s  for  W irele ss     Ene rg y   Harve st i ng  and  Inform ation  Proce ss ing , "  IEE E  Tr ansactions   on  Wirel ess  Comm unic ati on s ,   vol.   12 ,   no.   7 ,     pp.   3622 - 636 ,   Ju l   2013 .   [15]   Ta bl e  of   Inte gr als ,   Serie s ,   an d  Pr oduct s ,   2015 .   [16]   Zhong  Caijun,  S hi  Jin,  Ka i - Kit  W ong  and  Matthew  R.   Mck a y ,   "Ergodi c  Mutu al  Inform at ion  An aly s is  for  Mult i - Ke y hol e  MIM O  Channe ls , "  IEEE   Tr ansacti ons on   Wireless   Comm unic ati ons ,   vol .   10,   no .   6 ,   pp .   17 54 - 763 ,  2011 .   [17]   Ngu y en  Ta n  N . ,   et   al . ,  " On  the   Perform anc e  of  Pow er  Split ti ng  Ene rg y   Harv ested  W ire le ss   Full - Duplex  Rela y in g   Network  with  Im per fec t  CS I  over   Diss imila r  Channe ls , "  Se cu rity   and  Comm u nic ati on  Ne tworks   2018 ,   pp.   1 - 11,   Dec   2018 .   [18]   Ngu y en  Ta n  N . ,   et   a l. ,  "P erf or m anc e  Enh ance m ent   for  En erg y   Harv esti ng  B ase d  Two - wa y   Rel a y   Proto col s   in  W ire le ss   Ad - hoc  Networks  with  Parti al   and  Full  Rel a y   Sel ec t ion  Methods. "  Ad  Hoc  Net works ,   vol .   84 ,   pp.   178 - 87 ,   Mar  2019 .   [19]   Ngu y en  T an,   et   al. ,   "H y br id  TSR – PS R  Alte rna t e  Ene rg y   Ha rve s ti ng  Rel a y   Ne twork  over   Ric ia n  Fading  Channe ls :   Outage   Probab il i t y   and   SER Ana l y sis , "  S ensors ,   v ol.   18 ,   no .   11 ,   pp .   3839 ,   Nov   201 8 .   [20]   Ngu y en   Ta n ,   Tr an  Quang  Minh ,   Phuong  Tr an  and  Miroslav   Vozňá k ,   "Ene rg y  Harve sting   ove r  Rician  Fad in g   Channe l:   A  Perf orm anc e  Anal y s is  for  Half - Duplex  Bidi re ct ion al   Sensor  Networks  under   Hardware   Im pai rm ent s , "  Sensors ,   vol.  18,   no.   6 ,   pp.   1781 ,   Jun   2018 .   [21]   Ngu y en  Ta n  N. ,   Phuong  T.   Tr an ,   Tra n   Hoang  Quang  Minh,  Mir oslav  Vo zna k  an d  Luka s  Sevci k ,   "Two - W a y   Hal f  Duplex  Dec od e  and  Forw ard   Re lay ing  Ne twork  with  Hardware   I m pai rm ent   over   Ric ia n   Fading  C hanne l :  S y st em  Perform anc e  An aly s is , "  E lektron ik a  Ir  Elek trot echnik a ,   vol .   24 ,   n o.   2 ,   Apr   2018 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.