End‐to‐end performance of transmit antenna selection and generalized selection combining in dual‐hop amplify‐and‐forward relay network in the presence of feedback errors

Abstract

In this paper, end-to-end performance of transmit antenna selection (TAS) and generalized selection combining (GSC) is studied in a dual-hop amplify-and-forward relay network over flat Rayleigh fading channels. In the system, source and destination equipped with multiple antennas, communicate by the help of single relay equipped with single antenna. Source-destination link is not available. TAS is used for transmission at the source, and GSC is used for reception at the destination. By considering the relay location and the presence of error in feedback channel from the relay to the source, we derive closed-form outage probability, moment generating function and moments of end-to-end signal-to-noise ratio, and closed-form symbol error probability (SEP) expressions for channel state information (CSI)-based and fixed relay gains. The diversity order and array gain of the network are obtained for both CSI-based and fixed relay gains by deriving asymptotical outage probability and SEP expressions. The analytical results are validated by the Monte Carlo simulations. amplify-and-forward (AF) are two common types of relayed transmission techniques. In DF, the relay receives the signal and detects the information, then forwards it to the destination. However, in AF, the relay amplifies the received signal and then forwards it to the destination [18]. In general, two common types of relay gains are defined, which are the channel state information (CSI)-based and fixed relay gains. Although CSI-based gain requires perfect CSI of source-relay channel [19], fixed-gain relay amplifies the signal using constant amplifying gain which reduces the system complexity at the relay [20,21].Multiple-input multiple-output relay system, where nodes are equipped with multiple antennas, has been studied in [22][23][24][25][26][27][28][29][30] for CSI-based relay gain and Rayleigh fading channels. In [22], authors have studied the performance of beamforming in dual-hop AF network. In [23], performance of coded cooperative network with multi-antenna single relay where SC is employed (or equivalently single antenna multiple relays where relay selection is applied) has been studied. Orthogonal space-time block code transmission has been analyzed in [24]. In [25], MIMO AF relay network where TAS and MRC are employed at the source and destination, respectively, and the relay is equipped with single antenna that has been examined. The authors have obtained outage probability, moment generating function (MGF) and symbol error probability (SEP) expressions. In [26], authors have obtained MGF of reciprocal of the end-to-end SNR and calculated outage probability performance numerically for the multi-hop AF relay network where TAS and MRC are used in all hops. In [27] and [28], performance of network considered in [26] has been analyzed for dual-hop case. In [29], joint single transmit and receive antenna selection in each hop of dual-hop AF network has been studied. The authors have obtained probability density function (PDF) of received SNR and cal...

On the Performance of Transmit Antenna Selection Based on Shadowing Side Information

“…Figure 5 illustrates the impact of the feedback error on the SEP performance of the TAS based on SSI for different channel conditions and probability of feedback error (p e ). In order to simulate the feedback error case we use the same feedback channel model described in [26], [27]. In this model, index of the selected antenna is sent by using binary digits and antenna index requires k = ⌈log 2 (L)⌉ bits, where L is the number of transmit antennas and ⌈x⌉ denotes nearest integer which is greater than or equal to x.…”

Performance of dual-hop AF relay systems employing modified TAS/OSTBC scheme in both hops in the presence of feedback errors

“…Spektral verimlilikleri ve sönümlemeye dayanıklı yapıları [1] sayesinde, 3GPP LTE, WiMax, 4G, HSPA+ and IEEE 802.11n (Wi-Fi) gibi telsiz haberleşme sistemlerinde kullanılmaları önerilmekte ve gelecek nesil telsiz haberleşme standartlarında da yer bulmaları beklenmektedir.İlgili literatür, özellikle anten seçimi tekniklerini içeren hibrit çeşitleme yapıları dahil olmak üzere, birçok çeşitlemeli yapının kanal kestirim hatası [1], [2], geribesleme gecikmesi [2], geribesleme hatası (feedback error (FE)) [3]- [6], antenler arası ilişki [14], zaman-senkronizasyon hatası [15], anahtar-deligi (keyhole) effect [16], vb. pratik sistem uyumsuzlugu varlıgındaki performans analizi ile ilgilenmektedir.…”

“…Bunun yanında, OS-TBC yapısı, işbirlikli ve atlamalı haberleşme sistemlerinde, çeşitleme kazancı elde etmek amacıyla her bir dügüm arasındaki işaretleşme için kullanılabilmektedir [8]- [17].İki atlamalı kuvvetlendir-ve-aktar (amplify-and-forward (AF)) ve çöz-ve-978-1-4799-4874-1/14/$31.00 c 2014 IEEE aktar (decode-and-forward (DF)) tipi röleli yapılara ilişkin performans analizleri literatürde çogunlukla anten seçimsiz (saf) OSTBC tekniginin ortalama kesinti ve hata olasılıgı ile ilgilenmiştir. Ayrıca, röleli haberleşme sistemlerinin antenler arası ilişki [14], zaman-senkronizasyon hataları [15], anahtar deligi (keyhole) etkisi [16] ve FE [6] gibi pratik uyumsuzluklar durumundaki performansını ele alan birkaç çalışma da bulunmaktadır. [6]'da, birinci ve ikinci atlamalarda sırasıyla tek verici anten seçimi ve genelleştirilmiş seçmeli birleştirme tekniklerini kullanan iki atlamalı röleli yapının geribesleme hatalarının varlıgı durumundaki performans analizi Nakagamim sönümlemeli kanallar için incelenmiştir.…”

“…Ayrıca, röleli haberleşme sistemlerinin antenler arası ilişki [14], zaman-senkronizasyon hataları [15], anahtar deligi (keyhole) etkisi [16] ve FE [6] gibi pratik uyumsuzluklar durumundaki performansını ele alan birkaç çalışma da bulunmaktadır. [6]'da, birinci ve ikinci atlamalarda sırasıyla tek verici anten seçimi ve genelleştirilmiş seçmeli birleştirme tekniklerini kullanan iki atlamalı röleli yapının geribesleme hatalarının varlıgı durumundaki performans analizi Nakagamim sönümlemeli kanallar için incelenmiştir. Ancak burada Röle ve Kaynak arasındaki geribesleme kanalı, ikili simetrik kanal (binary symmetric channel (BSC)) olarak modellenmektedir ki bu model geribesleme hatalarının etkilerinin incelenmesi için basit ancak kaba bir bakış açısı sunmaktadır.…”

“…Optimum olarak (ancak maksimum seçme karmaşıklıgı ile) belirlenen bir verici anten alt kümesi üzerinden OSTBC yapısının uygulanması ile oluşturulan C-TAS/OSTBC yapısı [13]'te çok-röleli DF sistemler için Rayleigh sönümlemeli kanallar ve ideal geribeslemeşartlarında ele alınmış ve çiftsel hata olasılıgı için üst sınırlar türetilmiştir. [13] çalışması ortalama hata olasılıgı performansının FE ile degişimini incelememekle birlikte [3]- [6] numaralı çalışmalarda, C-TAS/OSTBC tekniginin sahip oldugu kompleks seçme stratejisinin FE varlıgında sistemin ortalama performansı üzerinde ciddi düşüşlere sebep olan geribesleme yükü artışını beraberinde getirdigi gösterilmiştir.…”