I n d on e s i an   Jo u r n al   o El e c t r i c al   En gi n e e r i n g   an d   C o m p u te r   S c i e n c e   V o l .   19 ,   N o .   2 A ugus t   20 20 ,   pp .   1 095 ~ 11 04   IS S N :   25 02 - 4752 ,   D O I :   10. 1 1591 / i j e e c s . v 19 .i 2 . pp 1 09 5 - 11 04             1095       Jou r n al   h o m e pa ge ht t p: / / i j e e c s . i a e s c or e . c om   Phy si c a l   l a y e r   s e c u r i t y   i n   h y b r i d   T PSR   t w o - w a y   h a l f - d u p l e x   r e l a y i n g   n e t w o r k s o v e r   r a y l e i g h   f a d i n g   c h a n n e l :   n o n - z e r o   sec r e c y   p r o b a b i l i t y   a n a l y s i s       P h u   Tr an   T i n 1 ,   D u H u n H a 2 ,   M i n h   Tr an 3   1 F a c ul t y   of   E l e c t r o ni c s   T e c hno l o gy ,   I ndus t r i a l   U n i v e r s i t y   of   H o   C hi   M i nh   C i t y ,   H o   C hi   M i n C i t y ,   V i e t na m     2 W i r e l e s s   C o m m uni c a t i o ns   R e s e a r c h   G r o up,   F a c ul t y   o f   E l e c t r i c a l   a nd  E l e c t r o ni c s   E ng i ne e r i ng ,     T o D uc   T ha ng   U n i v e r s i t y ,   H o   C hi   M i nh   C i t y ,   V i e t n a m   3 Op t o e l e c t r o ni c s   R e s e a r c G r o up ,   F a c ul t y   of   E l e c t r i c a l   a nd  E l e c t r o ni c s   E ng i ne e r i ng ,     T o D uc   T ha ng   U n i v e r s i t y ,   H o   C hi   M i nh   C i t y ,   V i e t n a m       A r ti c l e   I n fo     A B S TR A C T     Ar t i c l e   h i s t or y :   R e c e i v e J ul   27 ,   20 19   R e v i s e D e c   4 ,   2 019   A c c e pt e F e b   1 ,   20 20       I t hi s   p a pe r ,   w e   p r o po s e a nd  i nv e s t i g a t e t he   H y br i T P S R   T w o - W a y   H a l f - D upl e ( H D )   R e l a y i ng   C o m m uni c a t i o N e t w o r ks   O v e r   R a y l e i g F a di ng   C ha nne l   i t he   pr e s e nc e   o f   t he   E a v e s d r o ppe r   ( E ) .   T h e   s y s t e m   m o de l   c o ns i s t s   o f   t w o   s o ur c e s   A   a nd  B   c o m m uni c a t e   w i t e a c o t he r   w i t he l p i ng   o f   i nt e r m e d i a t e   R e l a y   ( R ) .   F o r   t he   s y s t e m   pe r f o r m a nc e   a na l y s i s ,   w e   a na l y z e d   a nd  de r i v e t h e   e x a c t   a nd  a pp r o xi m a t e   i nt e g r a l - f o r m   o f   t he   s y s t e m   N o n - z e r s e c r e c y   pr o ba bi l i t y   ( N Z S P )   i t he   c a s e   t ha t   t he   E   u s e s   t he   M R C     ( m a x i m a l   r a t i o   c o m bi ni ng )   t e c hn i que .   I a dd i t i o n,   t he   e f f e c t   o f   t he   m a i n   s y s t e m   pa r a m e t e r s   o t he   s y s t e m   pe r f o r m a nc e   i s   i nv e s t i g a t e d .   F i na l l y ,     a l l   t h e   r e s e a r c r e s u l t s   a r e   c o nv i nc e b y   t he   M o nt e   C a r l o   S i m ul a t i o n.     T hi s   pa p e r   c a n   pr o v i de   a   no v e l   r e c o m m e nda t i o f o r   r e l a y i ng   c o m m uni c a t i o ne t w o r k   m a nuf a c t ur e .   Ke y w or ds :   E n e rgy   h a r v e s t i n ( E H )   H a l f - dupl e (H D )   M o n t e   c a r l o   s i m u l a t i o n   N o n - z e r o   s e c r e c y   pr o b a b i l i t y   (N Z S P )   R e l a y i n n e t w o r k   C opy r i gh t   ©   2020   I n s t i t ut e   o f   A dv anc e E ng i ne e r i ng   and   S c i e nc e .     A l l   r i gh t s   r e s e r v e d .   Cor r e s pon di n g   Au t h or :   D u y - H un H a ,     W i r e l e s s   Co m m u n i c a t i o n s   R e s e a r c G r o up   F a c ul t y   of   E l e c t r i c a l   a n d   E l e c t r o n i c s   E n gi n e e r i ng ,   T o n   D uc   T ha n g   U n i v e r s i t y H o   Chi   M i nh   Ci t y ,   V i e t na m .   E m a i l :   h a d uy h un g @ t dt u . e du. v n       1.   I N TR O D U C TI O N     R a di o   f r e que n c y   (R F s i gn a l s   w i t e xc e l l e n t   a dv a nt a ge s ,   s uc h   a s   s m a l l   di m e n s i o n s ,   l o w   c o s t ,     a n i nde pe n de n c e   c o n c e r ni n t i m e   a n d   l o c a t i o i u r b a n   a r e a s   c a b e   c o n s i de r e a s   e l e c t ri c a l   s o u r c e s   fo r   c oo pe r a t i v e   n e t w o r de v i c e s .   In   a ddi t i o n ,   R F   s i gna l s   c a n   p r o v i de   bo t h   i n f o r m a t i o n   a n e n e r gy   i n     t h e   c o m m uni c a t i o n   n e t w o r n o de s   t hr o ug h   a   w e l l - kn o w t e c hn i q ue   i n   t h e   c o m m u ni c a t i o n   c o o pe r a t i v e   n e t w o r c a l l e w i r e l e s s   pow e r e n e t w o r ks   (W P N s [1 - 10].   T h e   s e c ur i t y   i s s ue   i s   i n c r e a s i n g l y   c o n s i de r e a s   t h e   m a i n   s t u dy   a n i m p r o v e m e n t s   i n   w i r e l e s s   c o m m u n i c a t i o n s ,   e s pe c i a l l y   t h e   ph y s i c a l   l a y e r .   S t ud i e s   o n     t h e   i n f o r m a t i o n   e xc h a nge   s e c ur i t y   h a v e   a l w a y s   b e e n   e xt e n s i v e l y   pe r fo r m e fo r   t h e   uppe r   l a y e r s ,     b ut   c urr e n t l y ,   t h e   s e c ur i t y   pr o v i de i t h e   p h y s i c a l   l a y e r   ha s   ga i n e s i g n i f i c a n t   i m po rt a n c e .   P h y s i c a l - l a y e r   s e c ur i t y   (P L S h a s   r e c e n t l y   a t t r a c t e c o n s i de ra b l e   a t t e nt i o n   s i n c e   t h e s e   a pp r o a c h e s   c a n   p r e v e n t   e a v e s dr o ppi n g   w i t h o ut   d a t a   e n c r y pt i o n   i t h e   uppe l a y e r   [10 - 18] .   In   t hi s   pa pe r ,   w e   pr o pos e a n i n v e s t i ga t e t h e   H y b r i T P S T w o - W a y   H a l f - D upl e ( H D R e l a y i n Co m m u n i c a t i o n   N e t w o r ks   O ve r   R a y l e i gh   F a di ng  C h a nne l   i n   t h e   p r e s e n c e   of  t h e   E a v e s dr o ppe r   (E ) .     T h e   s y s t e m   m o de l   c o n s i s t s   o f   t w o   s o ur c e s   A   a n B   c o m m u n i c a t e   w i t e a c o t h e r   w i t h   h e l pi n g   o i n t e r m e di a t e   R e l a y   ( R ).   F o r   t h e   s y s t e m   pe r fo r m a n c e   a n a l y s i s ,   w e   a n a l y z e d   a n de r i v e t h e   e xa c t   a n d   a pp r o xi m a t e   i n t e g ra l - f o r m   o f   t h e   s y s t e m   N o n - z e r o   s e c r e c p r o b a b i l i t y   (N S P i n   t h e   c a s e   t h a t   t h e   E   us e s     t h e   M R (m a xi m a l   r a t i o   c o m b i n i ng)  t e c hn i q ue .   I a dd i t i o n,   t h e   e f f e c t   of   t h e   m a i n   s y s t e m   pa ra m e t e r s   o n     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i ,   V o l .   19 ,   N o .   2 A ugus t   20 20  :     1 095   -   11 04   1096   t h e   s y s t e m   pe r f o r m a n c e   i s   i n v e s t i ga t e d.   F i na l l y ,   a l l   t h e   r e s e a r c h   r e s ul t s   a r e   c o n v i n c e by   t h e   M o n t e   Ca rl o   S i m ul a t i o n.       2.   S Y S TE M   M O D EL   In   t h i s   s e c t i o n,   t h e   s y s t e m   m o de l   i s   dra w n   i n   F i g u r e   w i t h   t w o   s o ur c e s   A   a n B   c o m m uni c a t e   w i t e a c h   o t h e r   w i t h   h e l p i n o f   i n t e r m e d i a t e   R e l a y   ( R i n   t h e   pr e s e n c e   o f   t h e   E a v e s dr o ppe r   (E ) T h e   e n e rg y   ha r v e s t i n g   ( E H a n d   i n f o r m a t i o p r o c e s s i n (I T )   o f   t h e   s y s t e m   m o de l   a r e   p r o po s e d   i n   F i g u r e   2   a s   i [1 9 - 25] .       I T   P h a s e E H   P h a s e A B R E W i r e t a p   C h a n n e l     F i gu r e   1 .   S y s t e m   m o de l       E H a t R ( 1- ) P A           I T R A & B   I T :   P AR A T T T ( 1 2 ) T E H a t R ( 1- ) P B   I T :   P BR B     F i g u r e   2 .   T h e   E H   a n IT   p ha s e s       2. 1 .      En e r g h a r v e s ti n p h as e   In   t h e   f i r s t   p ha s e   T ,   A   w i l l   t ra n s m i t   t h e   m e s s a ge   A x   w i t h   t h e   po w e r   A P   a n t h e   s i g na l   r e c e i v e a t   R   c a b e   gi v e n   by :     1 A R A R A R y h x n      (1)     w h e r e   1 R n   i s   a ddi t i v e   w h i t e   G a us s i a n   n o i s e   (A W G N w i t h   v a r i a n c e   2 1   a n AR h   i s   c h a nn e l   ga i n   o f   A - R   l i n k   a n 2 AA xP    i w hi c    i s   t h e   e xpe c t a t i o o pe r a t o r .   T h e   E H   r e l a y   e m pl oy s   a   f i xe pow e r - s pl i t t i ng  f a c t o r     t o   s pl i t   t h e   r e c e i v e R F   p ow e r   i nt o   t w pa r t s :   A R A R h x n   i s   us e f o r   i n f o r m a t i o t ra n s m i s s i o n ,   a nd  r e m a i ni ng  po w e r   1 A R A R h x n    i s   us e f o r   E H .   T h e   a m o unt   o f   ha r v e s t e e n e rgy   dur i ng  t h e   f i r s t   a n d   s e c o n p ha s e   c a n   b e   o b t a i n e d   a s :     22 1 R A A R B B R E T P h P h   (2)     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i     IS S N :   2502 - 4752       P hy s i c a l   l ay e r   s e c ur i t y   i n   h y br i d   T P SR   t w o - w ay   hal f - d upl e x   r e l ay i ng   ne t w or k s   ov e r     . . . .   ( P hu  T r an  T i n)   1097   w h e r e   01    i s   e n e r gy   c o n v e r s i o n   e f f i c i e n c y ,   P B   i s   t h e   a v e r a ge   t r a n s m i t t e po w e r   a t   t h e   s o ur c e   B ,   a n h BR   a r e   t h e   c ha nn e l   ga i n   o f   B - R   l i nk.   M o r e o ve r ,   01    a n 0 0 . 5    i s   t h e   po w e r   s pl i t t i n a n d     time - s w i t c hi n g   f a c t o r ,   r e s pe c t i v e l y .   W e   a s s um e   t h a t   AB P P P    ,   (2 c a b e   r e w r i t t e a s     22 1 R A R B R E T P h h   (3)     T h e   a v e ra ge   t ra n s m i t t e po w e r   a t   t h e   r e l a y   c a b e   ob t a i n e a s :     22 22 1 1 2 1 2 A R B R R R A R B R T P h h E P P h h TT        (4)     w h e r e   ( 1 ) 12       2. 2 .       I n fo r m ati o n   tr an s m i s s i o n   p h as e   In   t h e   f i r s t   p h a s e ,   a f t e r   do i ng  E H ,   A   w i l l   b r o a dc a s t   t h e   i n f o r m a t i o n   t o   r e l a y   n o de   a n B   w i t r e m a i ni n g   po w e r A P .   H e n c e ,   t h e   r e c e i v e s i gna l   a t   R   c a b e   e xpr e s s e a s ,   r e s pe c t i v e l y .     1 A R A R A R y h x n    (5)     S i m i l a t o   t h e   f i r s t   p ha s e ,   t h e   r e c e i v e s i gna l   a t   R   c a b e   gi v e i t h e   s e c o n p h a s e ,     2 B R B R B R y h x n    (6)     w h e r e BR h   i s   c ha nn e l   ga i n   o f   B - R   l i n a n 2 BB xP    a n d 2 R n    i s   A W G N   w i t v a r i a n c e   2 2 H e n c e ,   t h e   t o t a l   r e c e i v e s i gna l   a t   R   a f t e r   A   a nd  B   n o de   t ra n s m i t   t h e i s i g na l   c a b e   e xpr e s s e by :     R A R A B R B R y h x h x n    (7)     w h e r e   12 R R R n n n    de n o t e t h e   t o t a l   A W G N   a t   R   w i t h   v a r i a n c e   N 0 .   F i na l l y ,   i n   t h e   t h i r p ha s e ,   t h e   r e c e i ve d   s i g n a l   a t   A   a n d   B   n o de   c a b e   e xpr e s s e a s ,   r e s pe c t i v e l y .     , A R A R A B R B R B y h x n y h x n     (8)     w h e r e   , R A R B hh   i s   c ha nn e l   ga i n   o f   R - B   l i n a nd  R - A   l i n k ,   r e s pe c t i v e l y ,   , AB nn    i s   A W G N   w i t h   v a r i a n c e   N 0   a t   A   a n d   B   n o de   a n 2 RR xP  .   I o ur  p r o po s e m o de l ,   w e   w i l l   c o n s i de a m pl i fy   a n d   f o r w a r (A F m o de .   In  o r de t o   e n s u r e   t ha t   t h e   t r a n s m i s s i o n   po w e r   a t   R   i s   P R t h e   a m p l i fy i n g   c o e ff i c i e n t     c a b e   c h o s e n   a s ,     2 2 2 2 00 PP R R R R A A R B B R A R B R x y P h P h N P h h N    (9)     F r o m   ( 7)  a n d   c o m b i n e   w i t h   (5),   (6) ,   t h e   r e c e i v e s i gna l   a t   A   n o de   c a n   b e   r e w r i t t e a s ,     A R A A R B R A y h y y n   (10)     S ub s t i t ut i ng  (7 i n t o   (10 ),   w e   c a o b t a i a s   f o l l ow s :   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i ,   V o l .   19 ,   N o .   2 A ugus t   20 20  :     1 095   -   11 04   1098   A R A A R A B R B R A R A B R B R A A R A R A R A n o ise s s e lf inte r fe r e n ign a l ce y h h x h x n n h h x h h x h n n 1 4 4 4 4 2 4 4 4 4 3 1 4 4 4 4 4 2 4 4 4 4 4 3 1 4 4 4 4 4 2 4 4 4 4 4 3   (11)     T h i s   s i g na l   c o nt a i n s   b o t h   m e s s a ge s   A x   a n d B x ,   w h i l e   o n l y B x   i s   t h e   d e s i r e s i g na l   a t   A .   S i n c e   n o de   A   pe r f e c t l y   kn ow s   i t s   ow n   t r a n s m i t t e s y m bo l A x ,   i t   c a n   e l i m i n a t e   t h e   c o r r e s po n d i n t h e   s e l f - i n t e r f e r e n c e   t e rm R A A R A h h x    f r o m   A y   T h e r e f o r e ,   e qua t i o (11)   c a n   b e   r e w r i t t e by     A R A B R B R A R A n o i s e s i g n a l y h h x h n n 1 4 4 4 4 2 4 4 4 4 3 1 4 4 4 4 4 2 4 4 4 4 4 3   (12)     T h e   s i g na l   t o   n o i s e   r a t i o   (S N R a t   A   n o de   c a n   b e   c a l c ul a t e b y :     2 22 2 2 2 2 00 R A B R A RA signal h h P h N N noise       (13)     S ub s t i t ut i ng  (5 i n t o   (9)   a nd  t h e n   do i n g   s o m e   a l ge b r a ,   w e   ha v e :     22 2 R A B R A RA hh h       (14)     w h e r e   0 P N      In   t h e   t o t a l   i n f o r m a t i o n   t r a n s m i s s i o n   p h a s e ,   w h i l e   R   w i l l   r e c e i ve   bo t h   l e gi t i m a t e m e s s a ge   A x   a n d   B x   f r o m   s o ur c e   n o de   A   a n B ,   E   w i l l   a l s o   ov e r h e a r   t h e   i n f o r m a t i o n   t r a n s m i t t e by   A   a n B   n o de .     T h us ,   t h e   r e c e i ve s i g n a l   a t   E   c a b e   ob t a i n e a s     1 E A E A B E B E y h x h x n     (15)     w h e r e   , A E B E hh   a r e   t h e   c h a nn e l   g a i n   o f   A - E   a n B - E   l i n ks ,   r e s pe c t i v e l y   a n E n   i s   A W G N   w i t h   v a r i a n c e   N 0 .   D uri n t h e   b r o a dc a s t   s i g n a l   pha s e ,   E   a l s o   ov e r h e a r s   t h e   i n f orm a t i o n   f r o m   R .   H e n c e ,   t h e   r e c e i v e s i gna l   a t   E   c a b e   gi v e n   by     2 E R E R E R E R E R E A R A B R B R E y h x n h y n h h x h x n n     (16)     In   o u r   m o de l ,   w e   w i l l   a na l y z e   t h e   i n t e r c e pt   (IP ),   n o n - z e ro   s e c r e c y   (N Z S P a n s e c r e c y   o ut a ge   pr o b a b i l i t y   (S O P a t   n o de   A   b e c a us e   o ur   s y s t e m   m o de l   i s   s y m m e t r y   a nd  w e   c a n   a na l y z e   a t   n o de   A   o r   n o de   B .   T h e r e f o r e ,   f r o m   ( 15)  a n (16) ,   t h e   S N R   a t   E   t o   de c o d e   s uc c e s s f ul   m e s s a ge   of   n o de   A   i n   t w o   di ff e r e n t   p h a s e s   c a b e   c l a i m e a s ,   r e s pe c t i v e l y .     22 1 22 0 1 A E A A E E B E B B E h P h h P N h      (17)     2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 22 0 0 0 1 R E A R A A R A A R E R E B R B R E B R B B R h h P h P h h h P h N N h P N h     (18)       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i     IS S N :   2502 - 4752       P hy s i c a l   l ay e r   s e c ur i t y   i n   h y br i d   T P SR   t w o - w ay   hal f - d upl e x   r e l ay i ng   ne t w or k s   ov e r     . . . .   ( P hu  T r an  T i n)   1099   3.   S Y S TE M   P ER F O R M A N C E   A N A L Y S I S   W i t h   M R t e c hni que ,   E   c o m b i n e s   S N R   f r o m   (17)  a nd  (18 ).   H e n c e ,   t h e   e nd  t o   e n d   S N R   a t   E   c a n   b e   ob t a i n e by     22 12 22 11 A E A R M R C E E E B E B R hh hh      (19)     F r o m   ( 14)  a n d   (19 ),   w e   c a n   c l a i m   t h e   c a p a c i t i e s   a t   n o de s   A   a n d   E ,   r e s pe c t i v e l y .     2 2 ( 1 2 ) l o g 1 , 3 ( 1 2 ) l o g 1 3 AA M R C M R C EE T C T C   (20)     3. 1 .       N o n - z e r o   s e c r e c y   p r o b ab i l i t (N ZS P )   an al ys i s   F r o m   ( 20),   t h e   s e c r e c y   c a pa c i t y   c a n   b e   o b t a i n e b y     S e c 2 m a x 0 , M R C e e A E C C C        (21)     T h e   N Z S P   o f   t h e   s y s t e m   c a b e   fo r m u l a t e a s   f o l l ow i n gs   a f t e r   c o m b i n e   w i t (14)   a n (19) :     2 S e c 2 2 2 2 2 2 2 2 0 Pr 0 Pr Pr Pr 11 Pr ( ) BR M R C M R C e e A E A E R A B R A E A R R A B E B R MRC EA h NZ SP C C C h h h h h h h f y dy        %%     (22)     w h e r e   22 2 1 1 A E A R M R C E BE hh y h     %    a nd  2 2 RA A RA hy h   %       3. 2 .       L e m m 1.   Ex ac an al ys i s   fo r   N ZS P   In  (22) ,   w e   h a v e   t o   de f i n e   Pr M R C EA  %%     0 P r ( | ) ( ) M R C A E M R C E A A A F x f x d x % % % % % %   (23)     T h e   CD F   o f   M R C E % a n d   P D F   o f   A %   c a b e   c a l c ul a t e by :     22 2 0 Pr Pr 1 1 Pr ( | ) ( ) M R C E A E A R M R C E BE x X Y hh F x x x y h X Y x F x Y Y t f t d t        % % % % % %   (24)      w h e r e   2 2 1 AE BE h X h    a n d   2 1 AR h Y y  %     In  (24) ,   t h e   CD F   o f   X   a n d   Y %   c a b e   c o m put e a s ,   r e s pe c t i v e l y .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i ,   V o l .   19 ,   N o .   2 A ugus t   20 20  :     1 095   -   11 04   1100   22 2 2 2 2 2 2 0 0 ( ) Pr Pr 1 Pr | ( ) 1 e x p e x p e x p e x p 1 A E B E AE X BE A E B E B E B E hh AE B E B E A E AE BE B E A E h F x X x x h xx h x h F x h h t f t d t x t x t d t x x                  (25)     2 2 ( 1 ) ( ) Pr Pr Pr 1 ( 1 ) 1 e x p AR AR Y AR h ty F t Y t t h y ty               % %   (26)     A ppl y i n r e s ul t   f r o m   (25)   a n (26) ,   w e   ha v e   a s   f o l l ow i n gs :     () e x p ( ) 1 () AE BE X B E A E xt F x t xt           (27)     () ( 1 ) ( 1 ) ( ) e x p Y A R A R Y Ft y t y ft t     % %     (28)     S ub s t i t ut i ng  (2 7)  a n d   (28)   i nt o   (24) :     0 0 () e xp ( 1 ) ( 1 ) 1 e xp () ( ) ( 1 ) e xp e xp 1 e xp ( ) ( ) () 1 e xp ( ) M R C E AE x BE A R A R B E A E A E A R BE x B E A E BE xt y t y F x dt xt x t t y x r y r y dt xt x r y                       % 3 ( ) e xp AE AE x r y P        (29)     w h e r e   ( 1 ) () AR y ry     a n d       3 00 e x p ( ) e x p ( ) () () 0 e x p ( ) ( ) E i ( ) ( ) ( ) e x p ( ) ( ) E i ( ) ( ) E i ( ) ( ) ( ) AE xx BE AE t r y t r y P d t d t g x t xt r y g x r y g x t r y x r y g x r y g x r y g x x r y              % % % % % % % %   (30)   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i     IS S N :   2502 - 4752       P hy s i c a l   l ay e r   s e c ur i t y   i n   h y br i d   T P SR   t w o - w ay   hal f - d upl e x   r e l ay i ng   ne t w or k s   ov e r     . . . .   ( P hu  T r an  T i n)   1101   w h e r e   ( ) ( ) AE r y r y  %   a n d   () BE AE g x x      N e xt ,   w e   f i n d   t h e   CD F   o f   A %   a s   f o l l ow s     2 2 2 ( ) Pr Pr Pr , () 1, 1 e x p , () 1, A RA A RA RA RA hy F x x x h xx hy yx x y x xy yx xy                  % %     (31)     w h e r e   RA   a r e   m e a n   o f   R V   2 RA h   F r o m   ( 31),   t h e   P D F   o f   c a b e   c o m put e by     2 2 () e x p , () 0, A A R A R A yx Fx xy fx yx yx x xy          % %     (32)     S ub s t i t ut i ng  (2 9)  a n d   (32)   i nt o   (23) ,   w e   ob t a i n:     0 3 0 2 2 Pr ( | ) ( ) 1 e x p ( ) ( ) e x p e x p M R C A E y MRC E A A A y B E A E AE R A R A F x f x d x x x r y r y P yx dx yx yx                % % % % % %   (33)     S ub s t i t ut i ng  (3 3)  i n t o   (2 2);   f i na l l y   w e   c l a i m   a s :     3 0 2 0 2 1 e x p ( ) ( ) e x p e x p y B E A E AE B R R A R A BR x x r y r y P NZS P yx y d x d y yx yx                    (34)     3. 3 .       L e m m 2.   A s ym p to ti c   an al ys i s   fo r   N ZS P   A t   hi g h   S N R   r e gi m e ,   (24)   c a n   b e   r e f o r m ul a t e by     _ 22 _ 2 0 Pr Pr Pr ( | ) ( ) M R C E A E A R M R C E BE x X Y hh F x x x y h X Y x F x Y Y t f t d t     % %% % % % % % % % % %   (35)   A Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i ,   V o l .   19 ,   N o .   2 A ugus t   20 20  :     1 095   -   11 04   1102     w h e r e   22 2 , A E A R BE hh XY y h  % %%     T h e   CD F   o f   X %   c a b e   ob t a i n e a s     1 BE X B E A E Fx x   %   (36)     T h e   CD F   a n d   P D F   o f   Y % %   c a n   b e   c o m put e a s   f o l l ow i n gs ,   r e s pe c t i v e l y     2 ( ) Pr Pr 1 e x p ( ) , ( ) e x p ( ) A R A R Y A R A R Y F t Y t h y t y t f t y y t   % % % % % %     (37)     S ub s t i t ut i ng  (3 6),   (37 i n t o   (35) ,   w e   h a v e :     _ 0 3 1 e x p ( ) () 1 e x p ( ) M R C E x BE A R A R B E A E B E A R AR AE F x y y t d t xt yP xy        % %   (38)     w h e r e       3 0 0 e x p ( ) e x p ( ) i ( ) () e x p ( ) E i ( ) E i x AR A R A R A R BE A R A R A R AE y t d t P y g x y g x y t x g x t y g x y g x y        %       S i m i l a a s   e xa c t   c a s e ,   w e   c a o b t a i n :     2 3 2 00 1 e x p ( ) e x p y B E A R B R R A R A A R B R AE yP yx N Z S P x y y d x d y yx yx              %   (29)     4.   N U M ER I C A R ES U LTS   A N D   D I S C U S S I O N   T h e   i n f l ue n c e   of   α  o n   t h e   s y s t e m   N Z S P   i s   i l l us t r a t e i n   F i g u r e   3.   I n   t hi s   s t a ge ,   w e   s e t   t h e   m a i s y s t e m   pa ra m e t e r s   a s   η= 0 . 8 ,   β = 0 . a n ψ = 5 ,   10  dB ,   r e s pe c t i v e l y .   F r o m   t h e   s i m ul a t i o n   r e s ul t s ,   w e   c a n   s t a t e   t h a t   t h e   N Z S P   of   t h e   m o de l   s y s t e m   ha s   a   m a s s i v e   i n c re a s e   w i t h   t h e   ri s i n o f   α  f r o m   0. 05  t o   0. 45 .   F urt h e rm o r e ,   t h e   N Z S P   i s   c o n s i de r e d   a s   t h e   f un c t i o n   o f   β ,   a s   s h o w n   i n   F i g u r e   4 .   H e r e   w e   s e t   α= 0. 3 ,   ψ = dB ,   a n η = 0. 5,   0 . 8 ,   r e s pe c t i v e l y .   W e   v a r y   β   f r o m   t o   a s   s how n   i n   F i g u r e   4.   A s   s h o w n   i n   F i g u r e   4 ,   N Z S P   i n c r e a s e s   w h e n   β   ri s e s   f r o m   t o   0. 4,   a f t e r   t h e   o pt i m a l   v a l u e ,   t h e   N Z S P   ha s   a   huge   de c r e a s e   w h e n   β   v a r i e s   f r o m   0. t o   1.   T h e   m a xi m u m   v a l ue   of   t h e   s y s t e m   N Z S P   ob t a i n e w i t h   β   f r o m   0. t o   0. 5.   F r o m   F i g u r e   a n F i gu r e   5,   w e   c a n   s e e   t h a t   t h e   a na l y t i c a l   a n t h e   s i m u l a t i o n   c ur v e s   a r e   t h e   s a m e   t o   v e r i fy   t h e   c o r r e c t n e s s   of    t h e   s y s t e m   pe r f o r m a n c e   a na l y s i s   s e c t i o n .   F i na l l y ,   t h e   s y s t e m   N Z S P   ve r s us   η  a nd  ψ   a r e   c o n s i de r e i F i g u r e   5   a n d   F i gu r e   6,   r e s pe c t i v e l y .     In   F i g u r e   5,   w e   s e t   α= 0. 3 ,   β = 0 . a nd  ψ = 5 ,   10  dB ,   a n i n   F i g u r e   6,   w e   s e t   α= 0. 3 ,   β = 0 . 5,   r e s pe c t i v e l y .     F r o m   F i g u r e   a n Fi gu r e   6 ,   i t   c a b e   ob s e r v e t ha t   t h e   s y s t e m   N Z S P   ha s   a   m a s s i v e   i n c r e a s e   w i t h   ri s i n g   η  f r o m   t o   a nd  ψ   f r o m   0   t o   40   dB ,   r e s pe c t i v e l y .   In  a d di t i o n ,   t h e   s i m u l a t i o n   a n a na l y t i c a l   v a l ue s   o   t h e   s y s t e m   N Z S P   a g r e e   w i t h   e a c h   o t h e r   t o   c o n v i n c e   t h e   pe r f o rm a n c e   a n a l y s i s   s e c t i o n .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i     IS S N :   2502 - 4752       P hy s i c a l   l ay e r   s e c ur i t y   i n   h y br i d   T P SR   t w o - w ay   hal f - d upl e x   r e l ay i ng   ne t w or k s   ov e r     . . . .   ( P hu  T r an  T i n)   1103       F i gu r e   3 .   N Z S P   v e r s us   α           F i gu r e   4 N Z S P   v e r s us   β           F i gu r e   5 N Z S P   v e r s us   η       F i gu r e   6 N Z S P   v e r s us   ψ       5.   C O N C LU S I O N   In   t h i s   pa pe r,   w e   pr o pos e a n i n v e s t i ga t e t h e   H yb r i T P S R   T w o - W a y   H D   Re l a y i n g   Co m m u n i c a t i o n   N e t w o r ks   o ve r   R a y l e i gh   F a di ng  C ha nne l   i n   t h e   pr e s e n c e   o t h e   E a v e s dr o ppe r   ( E ) .     F o r   t h e   s y s t e m   pe r f o r m a n c e   a na l y s i s ,   w e   a n a l y z e a n de ri v e t h e   e xa c t   a n a pp r o xi m a t e   i n t e g ra l - f o r m   of  t h e   s y s t e m   N o n - z e r o   s e c r e c y   pr ob a b i l i t y   (N S P i n   t h e   c a s e   t h a t   t h e   E   us e s   t h e   M R (m a x i m a l   ra t i c o m b i n i ng)  t e c hn i que .   I n   a ddi t i o n,   t h e   e f fe c t   o f   t h e   m a i n   s y s t e m   pa ra m e t e r s   o n   t h e   s y s t e m   pe r f o r m a n c e   i s   i n v e s t i ga t e d.   F i na l l y ,   a l l   t h e   r e s e a r c h   r e s ul t s   a r e   c o n v i n c e by   t h e   M o n t e   Ca rl o   S i m ul a t i o n.   T hi s   pa pe r   c a pr o v i de   a   n o v e l   r e c o m m e n da t i o n   f o r   r e l a y i n c o m m u ni c a t i o n e t w o r m a n uf a c t u r e .       R EF ER EN C ES     [ 1]   S .   B i ,   e t   a l . ,   W i r e l e s s   po w e r e c o m m uni c a t i o n:   O ppo r t uni t i e s   a nd   c ha l l e ng e s ,”   I E E E   C om m un i c a t i ons   M ag az i ne v o l .   53,   no .   4 ,   pp.   1 17 - 125 2015   [ 2]   D .   N i y a t o ,   e t   a l . ,   W i r e l e s s   P o w e r e C o m m uni c a t i o N e t w o r ks :   R e s e a r c D i r e c t i o ns   a nd  T e c hno l o g i c a l   A ppr o a c he s ,”   I E E E   W i r e l e s s   C om m un i c a t i ons ,   pp .   2 - 11 20 17 .   [ 3]   H .   Y u,   e t   a l . ,   W ha t   i s   5G ?   E m e r g i ng   5G   M o bi l e   S e r v i c e s   a nd  N e t w o r R e q ui r e m e n t s ,”   S us t a i nab i l i t y ,   v o l .   9,     no .   10 ,   p.   1 848 2017 .   [ 4]   X .   Z ho u,   e t   a l . ,   W i r e l e s s   I nf o r m a t i o a nd  P o w e r   T r a n s f e r :   A r c hi t e c t ur e   D e s i g a nd  R a t e - E n e r g y   T r a de o f f ,”   I E E E   T r an s ac t i on  on   C om m un i c a t i ons v o l .   61 ,   no .   11 ,   pp.   4 754 - 476 7 20 13 .   [ 5]   T .   N .   N g uy e n,   e t   a l . ,   M u l t i - s o ur c e   i D F   C o o pe r a t i v e   N e t w o r k s   w i t h   t h e   P S R   P r o t o c o l   B a s e F u l l - dup l e E ne r gy   H a r v e s t i ng   o v e r   a   R a y l e i g F a di ng   C ha nne l :   P e r f o r m a nc e   A na l y s i s ,”   P r oc e e di n gs   o f   t he   E s t o ni a A c a de m y   of   Sc i e nc e s v o l .   68 ,   no .   3,   p p .   264 - 275 201 9   [ 6]   N go   H o a ng   A n,   M i nh  T r a n,   T a n   N .   N g uy e a nd  D uy - H ung   H a , " P hy s i c a l   L a y e r   S e c ur i t y   i H y br i T P S R   T w o - W a y   H a l f - D upl e R e l a y i ng   N e t w o r o v e r   R a y l e i g F a d i ng   C ha n n e l :   O ut a g e   a nd  I nt e r c e pt   P r o ba bi l i t y   A na l y s i s   " ,   E l e c t r o n i c s ,   V o l . 9 ,   N o . 3,   A r t . no . 428 , M a r . 2 020 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i ,   V o l .   19 ,   N o .   2 A ugus t   20 20  :     1 095   -   11 04   1104   [ 7]   T .   N .   N g uy e n,   e t   a l . ,   E ne r gy   H a r v e s t i ng   o v e r   R i c i a F a di ng   C ha nne l :   A   P e r f o r m a nc e   A na l y s i s   f o r   H a l f - D upl e x   B i di r e c t i o na l   S e ns o r   N e t w o r k s   unde r   H a r dw a r e   I m pa i r m e nt s ,   S e n s o r s ,   v o l .   18 ,   no .   6,   p .   1781 ,   201 8 .   [ 8]   T .   N .   N g u y e n,   e t   a l . ,   P e r f o r m a nc e   E n ha nc e m e n t   f o r   E ne r gy   H a r v e s t i ng   B a s e T w o - w a y   R e l a y   P r o t o c o l s   i n   W i r e l e s s   A d - ho c   N e t w o r ks   w i t h   P a r t i a l   a nd   F u l l   R e l a y   S e l e c t i o M e t ho ds ,”   A H oc   N e t w or k s v o l .   8 4,     pp.   17 8 - 1 87 2 019   [ 9]   D .   T i n,   e t   a l . ,   P o w e r   B e a c o n   A s s i s t e E ne r gy   H a r v e s t i ng   W i r e l e s s   P hy s i c a l   L a y e r   C o o pe r a t i v e   R e l a y i ng  N e t w o r ks :   P e r f o r m a nc e   A na l y s i s ,   S y m m e t r y v o l .   12 ,   no .   1 ,   p .   1 06 ,   202 0.   [ 10]   P .   K .   G o pa l a ,   e t   a l . O t he   S e c r e c y   C a pa c i t y   of   F a di ng   C ha n ne l s ,   i I E E E   T r an s ac t i on s   on  I n f or m a t i on  T he or y v o l .   54,   no .   10 ,   pp .   4687 - 46 98 ,   O c t   200 8.     [ 11]   L .   S un   a nd  Q .   Du ,   A   R e v i e w   of   P h y s i c a l   L a y e r   S e c ur i t y   T e c hni qu e s   f o r   I nt e r n e t   o f   T hi ng s :   C ha l l e ng e s   a n S o l ut i o ns ,”   E n t r opy ,   v o l .   20 ,   no .   1 0 ,   p .   730 201 8 .   [ 12]   A .   K uhe s t a n i ,   e t   a l . ,   J o i n t   R e l a y   S e l e c t i o a nd  P o w e r   A l l o c a t i o i L a r g e - S c a l e   M I M O   S y s t e m s   w i t U nt r us t e R e l a y s   a nd   P a s s i v e   E a v e s dr o ppe r s ,”   I E E E   T r ans ac t i o ns   on  I n f or m at i on  F or e ns i c s   an Se c u r i t y v o l .   1 3 ,   no .   2 ,     pp.   34 1 - 355,   2 017 .     [ 13]   L .   H u,   e t   a l . ,   C o o pe r a t i v e   J a m m i ng   f o r   P h y s i c a l   L a y e r   S e c ur i t y   E nh a nc e m e nt   i I nt e r ne t   o f   T hi ng s ,”   I E E E   I nt e r ne t   o f   T hi ngs   J our n al ,   v o l .   5 ,   no .   1 ,   pp .   219 - 2 28 201 8   [ 14]   P .   T .   T i n ,   e t   a l . ,   S e c r e c y   P e r f o r m a nc e   E nha nc e m e n t   f o r   U n de r l a y   C og ni t i v e   R a di o   N e t w o r ks   E m pl o y i ng  C oo pe r a t i v e   M u l t i - H o T r a n s m i s s i o w i t a nd   w i t ho ut   P r e s e nc e   o f   H a r dw a r e   I m pa i r m e nt s ,”   E nt r opy ,   v o l .   21 ,     no .   2 ,   p.   21 7 20 19 .   [ 15]   R .   Z ha o ,   e t   a l . ,   S e c r e c y   P e r f o r m a nc e   A na l y s i s   o f   C og ni t i v e   D e c o de - a nd - F o r w a r R e l a y   N e t w o r ks   i N a ka g a m i - F a di ng   C ha n ne l s ,”   I E E E   T r ans ac t i o on   C om m un i c a t i ons ,   v o l .   65 ,   no .   2 ,   pp.   5 49 - 563 2017 .   [ 16]   P.   T .   T i n ,   e t   a l . ,   S y s t e m   pe r f o r m a nc e   a na l y s i s   o f   hy br i t i m e po w e r   s w i t c hi ng   p r o t o c o l   o f   E H   bi d i r e c t i o na l   r e l a y i ng  ne t w o r i a m pl i f y - a nd - f o r w a r m o de ,”   I ndo ne s i an  J our nal   o f   E l e c t r i c al   E ng i ne e r i n and  C om pu t e r   Sc i e nc e   v o l .   14,   no .   1 ,   pp.   1 18 - 126 ,   2019 .     [ 17]   P .   T .   T i n,   e t   a l . ,   A   ne w   l o o a t   e ne r gy   ha r v e s t i ng   ha l f - dup l e D F   po w e r   s pl i t t i ng   pr o t o c o l   r e l a y   ne t w o r ov e r   r i c i a c ha nn e l   i c a s e   o f   m a xi m i z i ng   c a pa c i t y ,   I n done s i an  J ou r nal   of   E l e c t r i c a l   E ng i ne e r i ng  and  C om pu t e r   Sc i e nc e v o l .   1 3,   no .   1 ,   p p.   24 9 - 257 ,   2 019 .   [ 18]   T .   N .   N g uy e n,   e t   a l . ,   P e r f o r m a nc e   A na l y s i s   o f   a   U s e r   S e l e c t i o P r o t o c o l   i C o o pe r a t i v e   N e t w o r ks   w i t P o w e r   S pl i t t i ng   P r o t o c o l - B a s e E n e r g y   H a r v e s t i ng   O v e r   N a ka g a m i - m / R a y l e i g C ha nne l s ,”   E l e c t r on i c s ,   v o l .   8 ,   no .   4 ,     p.   448 201 9   [ 19]   T .   N .   N g uy e n,   e t   a l . ,   E ne r gy   H a r v e s t i ng   o v e r   R i c i a F a di ng   C ha nne l :   A   P e r f o r m a nc e   A na l y s i s   f o r   H a l f - D upl e x   B i di r e c t i o na l   S e ns o r   N e t w o r k s   unde r   H a r dw a r e   I m pa i r m e nt s ,”   Se ns or s v o l .   18 ,   no .   6 ,   p .   1 781 2018 .   [ 20]   P .   T .   T i n e t   a l . ,   U s e r   s e l e c t i o pr o t o c o l s   i F D   P S P   E H   c o o pe r a t i v e   ne t w o r o v e r   r a y l e i g f a di ng   c ha nne l :   o ut a g e   a nd  i n t e r c e pt   pr o ba b i l i t y ,   I n t e r na t i o nal   J o ur n al   of   P ow e r   E l e c t r on i c s   an D r i v e   S y s t e m s   ( I J P E D S) v o l .   1 0,   no .   4 ,   pp.   21 30 - 2137 ,   201 9.   [ 21]   H .   Ju   a nd  R .   Z ha ng ,   T h r o ug hput   M a x i m i z a t i o i W i r e l e s s   P o w e r e C o m m uni c a t i o N e t w o r ks ,”   I E E E   T r ans ac t i on   W i r e l e s s   on   C om m u n i c at i on s v o l .   13 ,   no .   1 ,   pp .   418 - 4 28 20 1 3 .   [ 22]   M .   R .   B ha t na g a r ,   O t he   C a pa c i t y   of   D e c o de - a nd - F o r w a r R e l a y i ng   ov e r   R i c i a F a di ng   C ha nne l s ,”   I E E E   C om m un i c at i on s   L e t t e r s v o l .   17 ,   no .   6,   pp .   110 0 - 1103 201 3 .   [ 23]   A .   J e f f r e y   a nd  D .   Z w i l l i ng e r ,   T a b l e   o f   I nt e g r a l s ,   S e r i e s ,   a nd   P r o du c t s ,”   S p r i ng e r ,   N Y ,   U S A ,   2015 .   [ 24]   A .   A .   N a s i r ,   e t   a l . ,   R e l a y i ng   P r o t o c o l s   f o r   W i r e l e s s   E ne r g y   H a r v e s t i ng   a n I nf o r m a t i o P r o c e s s i ng ,”   I E E E   T r an s ac t i on  on   W i r e l e s s   C om m u n i c at i on s v o l .   12 ,   no .   7 ,   pp .   3622 - 3636 2013 .   [ 25]   T .   N .   N g u y e n e t   a l . ,   A da pt i v e   E n e r g y   H a r v e s t i ng   R e l a y i ng   P r o t oc o l   f o r   T w o - W a y   H a l f   D upl e S y s t e m   N e t w o r o v e r   R i c i a n   F a di ng   C h a nn e l s ,”   W i r e l e s s   C om m un i c at i on s   and   M ob i l e   C om pu t i ng p p.   1 - 10 2018 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.