Luận án Nghiên cứu đánh giá và nâng cao phẩm chất hệ thống vô tuyến chuyển tiếp song công trên cùng băng tần

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG
HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ
NGUYỄN BÁ CAO
NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ VÀ NÂNG CAO PHẨM
CHẤT HỆ THỐNG VÔ TUYẾN CHUYỂN TIẾP
SONG CÔNG TRÊN CÙNG BĂNG TẦN
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
HÀ NỘI - 2020
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG
HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ
NGUYỄN BÁ CAO
NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ VÀ NÂNG CAO PHẨM
CHẤT HỆ THỐNG VÔ TUYẾN CHUYỂN TIẾP
SONG CÔNG TRÊN CÙNG BĂNG TẦN
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ
Mã số: 9.52.02.03
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
GS. TS. TRẦN XUÂN NAM
TS. TRẦN ĐÌNH TẤN
HÀ NỘI - 2020
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan các kết quả trình bày trong luận án là công trình nghiên
cứu của tôi dưới sự định hướng của cán bộ hướng dẫn. Các số liệu, kết quả
trình bày trong luận án là hoàn toàn trung thực và chưa được công bố trong
bất kỳ công trình nào trước đây. Các kết quả sử dụng tham khảo đều đã được
trích dẫn đầy đủ và theo đúng quy định.
Hà Nội, ngày 15 tháng 5 năm 2020
Tác giả
LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận án, tác giả đã nhận được
sự hỗ trợ, giúp đỡ cũng như quan tâm, động viên từ nhiều cơ quan, tổ chức
và cá nhân.
Trước tiên, nghiên cứu sinh xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến tập thể cán
bộ hướng dẫn GS. TS. Trần Xuân Nam và TS. Trần Đình Tấn. Các thầy
đã dẫn đường, chỉ lối cho nghiên cứu sinh trên con đường tiếp thu, lĩnh hội và
phát triển các tri thức khoa học. Đồng thời tạo cho nghiên cứu sinh phương
pháp làm việc, tác phong công tác chuẩn mực để hoàn thiện bản thân.
Nghiên cứu sinh chân thành cảm ơn các Thầy trong Ban chủ nhiệm Khoa
Vô tuyến điện tử và tập thể Thầy, Cô giáo trong Bộ môn Thông tin đã luôn
quan tâm, tạo điều kiện, giúp đỡ nghiên cứu sinh trong quá trình học tập
cũng như trong cuộc sống.
Tiếp theo, nghiên cứu sinh xin chân thành cảm ơn Phòng Sau đại học, Học
viện Kỹ thuật Quân sự, Trường Đại học Thông tin liên lạc và Binh chủng
Thông tin đã luôn tạo điều kiện, giúp đỡ để nghiên cứu sinh hoàn thành được
luận án này.
Cuối cùng, nghiên cứu sinh xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới gia đình, bạn bè
và đồng nghiệp đã luôn động viên, chia sẻ những khó khăn trong cuộc sống
để nghiên cứu sinh đạt được những kết quả như hôm nay.
MỤC LỤC
MỤC LỤC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . iv
DANH MỤC HÌNH VẼ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . vii
DANH MỤC KÝ HIỆU TOÁN HỌC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xi
MỞ ĐẦU . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
Chương 1. KỸ THUẬT TRUYỀN DẪN SONG CÔNG TRÊN
CÙNG BĂNG TẦN. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.1. Tổng quan về truyền dẫn song công trên cùng băng tần . . . . . . . . . 13
1.2. Một số mô hình thu phát FD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
1.2.1. Cấu trúc chuyển tiếp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
1.2.2. Cấu trúc hai chiều . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
1.2.3. Cấu trúc trạm gốc . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
1.3. Các biện pháp triệt nhiễu trong hệ thống FD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
1.3.1. Triệt nhiễu miền truyền sóng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
1.3.2. Triệt nhiễu miền tương tự . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
1.3.3. Triệt nhiễu miền số . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
1.4. Kỹ thuật chuyển tiếp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
1.5. Các tham số phân tích phẩm chất hệ thống . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
1.5.1. Xác suất dừng hệ thống. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
i
ii
1.5.2. Thông lượng hệ thống . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
1.5.3. Xác suất lỗi ký hiệu. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
1.6. Kết luận chương 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
Chương 2. ĐÁNHGIÁ, NÂNGCAO PHẨMCHẤTMẠNGCHUYỂN
TIẾP FDR VỚI PHẦN CỨNG LÝ TƯỞNG. . . . . . . . . . . . . . . . . 36
2.1. Đánh giá phẩm chất mạng chuyển tiếp FDR một chiều trong trường
hợp có đường liên lạc trực tiếp từ nút nguồn tới nút đích . . . . . . . . . . . . 37
2.1.1. Động lực nghiên cứu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.1.2. Mô hình hệ thống . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
2.1.3. Phân tích phẩm chất hệ thống . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
2.1.4. Lựa chọn công suất tối ưu cho truyền thông FD. . . . . . . . . . . . . 46
2.1.5. Kết quả tính toán số và thảo luận. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
2.1.6. Kết luận vấn đề nghiên cứu 2.1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
2.2. Đánh giá phẩm chất mạng chuyển tiếp FDR một chiều trong trường
hợp không có đường liên lạc trực tiếp từ nút nguồn tới nút đích . . . . . 57
2.2.1. Động lực nghiên cứu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
2.2.2. Mô hình hệ thống . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
2.2.3. Phân tích phẩm chất hệ thống . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
2.2.4. Kết quả tính toán số và thảo luận. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
2.2.5. Kết luận vấn đề nghiên cứu 2.2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
2.3. Kết luận chương 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
iii
Chương 3. ĐÁNHGIÁ, NÂNGCAO PHẨMCHẤTMẠNGCHUYỂN
TIẾP FDR VỚI PHẦN CỨNG KHÔNG LÝ TƯỞNG . . . . . . . 72
3.1. Đánh giá phẩm chất mạng chuyển tiếp AF-FDR một chiều trong trường
hợp có HI và RSI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
3.1.1. Động lực nghiên cứu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
3.1.2. Mô hình hệ thống . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
3.1.3. Phân tích phẩm chất hệ thống . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
3.1.4. Phân bổ công suất tối ưu cho hệ thống AF-FDR một chiều. . 81
3.1.5. Kết quả tính toán số và thảo luận . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
3.1.6. Kết luận vấn đề nghiên cứu 3.1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
3.2. Đánh giá phẩm chất mạng chuyển tiếp AF-FDR hai chiều trong trường
hợp có HI và RSI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
3.2.1. Động lực nghiên cứu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
3.2.2. Mô hình hệ thống . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
3.2.3. Phân tích phẩm chất hệ thống . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
3.2.4. Phân bổ công suất tối ưu cho hệ thống AF-FDR hai chiều . . 96
3.2.5. Kết quả tính toán số và thảo luận. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
3.2.6. Kết luận vấn đề nghiên cứu 3.2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
3.3. Kết luận chương 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TƯƠNG LAI . . . . 105
PHỤ LỤC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU. . . . . . . . . 123
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
Từ viết tắt Nghĩa Tiếng Anh Nghĩa Tiếng Việt
AF Amplify-and-Forward Khuếch đại và chuyển tiếp
AWGN Additive White Gaussian
Noise
Tạp âm trắng chuẩn cộng
tính
BER Bit Error Ratio Tỉ lệ lỗi bit
BS Base Station Trạm gốc
CDF Cumulative Distribution
Function
Hàm phân phối tích lũy
CSI Channel State Information Thông tin trạng thái kênh
truyền
DF Decode-and-Forward Giải mã và chuyển tiếp
DSP Digital Signal Processor Chíp xử lý tín hiệu số
EH Energy Harvesting Thu thập năng lượng
FD Full-Duplex Truyền thông song công
trên cùng băng tần
FDR Full-Duplex Relay Chuyển tiếp song công trên
cùng băng tần
IBFD In-Band Full-Duplex Truyền thông song công
trên cùng băng tần
iv
vIEEE Institute of Electrical and
Electronics Engineers
Viện kỹ nghệ Điện và Điện
tử
HD Half-Duplex Bán song công
HPA High Power Amplifier Khuếch đại công suất cao
HI Hardware Impairments Lỗi phần cứng
LNA Low Noise Amplifier Khuếch đại tạp âm thấp
LOS Light of Sight Tia trực tiếp
MAC Medium Access Control Điều khiển truy nhập môi
trường
MIMO Multi-Input Multi-Output Đa đầu vào đa đầu ra
MRC Maximal Ratio Combining Kết hợp tỉ số cực đại
NOMA Non-Orthogonal Multiple
Access
Đa truy nhập không trực
giao
OFDM Orthogonal Frequency Di-
vision Multiplexing
Đa truy nhập phân chia
theo tần số trực giao
OP Outage Probability Xác suất dừng hệ thống
OWR One-Way Relaying Chuyển tiếp một chiều
PDF Probability Density Func-
tion
Hàm mật độ xác suất
RSI Residual Self-Interference Nhiễu tự giao thoa còn sót
lại
SDR Software-Defined Radio Vô tuyến cấu hình bằng
phần mềm
SER Symbol Error Ratio Tỉ lệ lỗi ký hiệu
vi
SEP Symbol Error Probability Xác suất lỗi ký hiệu
SNR Signal-to-Noise Ratio Tỉ số công suất tín hiệu
trên công suất tạp âm
SI Self-Interference Nhiễu tự giao thoa
SIC Self-Interference Cancella-
tion
Triệt nhiễu tự giao thoa
SINR Signal-to-Interference plus
Noise Ratio
Tỉ số công suất tín hiệu
trên công suất nhiễu cộng
tạp âm
SINDR Signal-to-Interference plus
Noise and Distortion Ratio
Tỉ số công suất tín hiệu
trên công suất nhiễu cộng
tạp âm và méo dạng
SISO Single - Input Single - Out-
put
Đơn đầu vào, đơn đầu ra
TWRN Two-Way Relay Network Mạng chuyển tiếp hai chiều
V2V Vehicle-to-Vehicle Xe tới xe
Wi-Fi Wireless Fidelity Công nghệ mạng cục bộ
không dây
DANH MỤC HÌNH VẼ
1.1 Mô hình thiết bị FD sử dụng ăng-ten thu phát riêng. . . . . . . . 14
1.2 Mô hình thiết bị FD sử dụng ăng-ten thu phát chung. . . . . . . 14
1.3 Mô hình hệ thống song công FD liên lạc điểm - điểm. . . . . . . 15
1.4 Tín hiệu thu tại một nút FD khi chưa áp dụng kỹ thuật SIC. . . 16
1.5 Ba ví dụ về cấu trúc hệ thống FD. . . . . . . . . . . . . . . . . 18
1.6 Cấu trúc một thiết bị đầu cuối FD với ăng-ten thu phát riêng. . . 20
1.7 Bố trí ăng-ten trong triệt nhiễu miền truyền sóng. . . . . . . . . 22
1.8 Triệt nhiễu miền số trong chuyển tiếp FD một chiều. . . . . . . . 28
1.9 Triệt nhiễu miền số trong FD hai chiều. . . . . . . . . . . . . . . 28
2.1 Mô hình hệ thống chuyển tiếp AF-FDR khi có đường trực tiếp. . 41
2.2 Xác suất dừng hệ thống khảo sát với hệ số khuếch đại thay đổi
theo công suất phát nút chuyển tiếp, Ω3 = 0.01. . . . . . . . . . 48
2.3 Xác suất dừng hệ thống hợp tác AF-FDR với hệ số khuếch đại
cố định theo sự thay đổi SNR, Ω3 = 0.1. . . . . . . . . . . . . . 50
2.4 Xác suất dừng hệ thống hợp tác AF-FDR với hệ số khuếch đại
thay đổi khi Ω3 = 0.1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
2.5 OP hệ thống AF-FDR sử dụng Gf theo SNR trung bình với
những giá trị khác nhau của RSI, PR = PS. . . . . . . . . . . . . 52
vii
viii
2.6 OP hệ thống AF-FDR sử dụng Gv theo SNR trung bình khi
sử dụng và không sử dụng công suất tối ưu. Giá trị công suất
tối ưu được xác định theo biểu thức (2.22) trong Định lý 2.3. . . 52
2.7 Thông lượng hệ thống AF-FDR theo SNR trung bình với
những giá trị khác nhau của RSI, R = 2, Ω3 = 0.01. . . . . . . . 53
2.8 SEP của hệ thống AF-FDR khi nút chuyển tiếp sử dụng Gf ,
Gv theo SNR trung bình tại nút chuyển tiếp. . . . . . . . . . . . 54
2.9 SEP của hệ thống khảo sát theo SNR trung bình với SNR =
PS/σ
2
R. Công suất phát tại nút chuyển tiếp được cố định với
PR/σ
2
D = 25 dB. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
2.10 Mô hình hệ thống truyền thông FD-V2V. . . . . . . . . . . . . . 61
2.11 Xác suất dừng của hệ thống truyền thông FD-V2V theo SNR
với ϑ = 2, Ω˜ = −30 dB, và R = 1 bit/s/Hz. . . . . . . . . . . . 64
2.12 Ảnh hưởng của hệ số suy hao đường truyền đến xác suất dừng
hệ thống FD-V2V với Ω˜ = −30 dB; R = 1 bit/s/Hz. . . . . . . 65
2.13 Xác suất dừng hệ thống truyền thông FD-V2V dưới sự ảnh
hưởng của RSI trong trường hợp dSR = dRD = 1 và ϑ = 2. . . . . 66
2.14 Thông lượng mạng của hệ thống khảo sát FD-V2V theo SNR
trung bình với những tốc độ truyền dẫn khác nhau. Ω˜ =
−30 dB, dSR = dRD = 1, ϑ = 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
2.15 Xác suất lỗi ký hiệu SEP của hệ thống FD-V2V theo SNR
trung bình, sử dụng điều chế BPSK và 4QAM. Ω˜ = −30 dB,
dSR = dRD = 1, ϑ = 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
ix
2.16 Phẩm chất SEP của hệ thống truyền thông FD-V2V theo SNR
trung bình với những giá trị khác nhau của công suất phát tại
nút chuyển tiếp. dSR = dRD = 1, ϑ = 2, Ω˜ = −30 dB. . . . . . . 69
3.1 Mô hình hệ thống chuyển tiếp FDR một chiều với phần cứng
không lý tưởng. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
3.2 Phẩm chất OP của hệ thống khảo sát trong sự so sánh với hệ
thống lý tưởng theo SNR trung bình với hai mức ngưỡng khảo
sát x = 3 và x = 31; k1 = kR = 0.1; Ω˜R = −30 dB. . . . . . . . 82
3.3 Phẩm chất OP hệ thống AF-FDR theo SNR khi sử dụng và
không sử dụng công suất tối ưu với x = 3 và x = 31; k1 =
kR = 0.1; Ω˜R = −30 dB. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
3.4 Phẩm chất OP của hệ thống không lý tưởng theo hệ số méo
dạng k sử dụng và không sử dụng công suất tối ưu; SNR =
40 dB, Ω˜R = −30 dB, R = 2, 3, 4, 5 bit/s/Hz. . . . . . . . . . . 84
3.5 Phẩm chất OP của hệ thống khảo sát theo cả hệ số méo dạng
và RSI khi sử dụng phân bổ công suất tối ưu; SNR = 40 dB,
R = 1 bit/s/Hz. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
3.6 Thông lượng hệ thống theo SNR trung bình sử dụng phân bổ
công suất tối ưu tại nút chuyển tiếp với R = 2, 4, 5 bit/s/Hz;
k1 = kR = 0.1; Ω˜R = −30 dB. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
3.7 Xác suất lỗi ký hiệu SEP của hệ thống không lý tưởng theo
SNR trung bình khi sử dụng và không sử dụng phân bổ công
suất tối ưu với những giá trị khác nhau của RSI, Ω˜R = −10,−30 dB; k1 =
kR = 0.1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
x3.8 Mô hình hệ thống chuyển tiếp AF-FDR hai chiều với phần
cứng không lý tưởng. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
3.9 OP tại S2 của hệ thống khi sử dụng và không sử dụng phân
 ... d,” IEEE Communications Magazine, vol. 52, no. 2, pp. 114–121,
2014.
[50] A. Sabharwal, P. Schniter, D. Guo, D. W. Bliss, S. Rangarajan, and
R. Wichman, “In-band full-duplex wireless: Challenges and opportu-
nities,” IEEE Journal on Selected Areas in Communications, vol. 32,
no. 9, pp. 1637–1652, 2014.
[51] D. Korpi, L. Anttila, V. Syrjala, and M. Valkama, “Widely linear
digital self-interference cancellation in direct-conversion full-duplex
transceiver,” IEEE Journal on Selected Areas in Communications,
vol. 32, no. 9, pp. 1674–1687, 2014.
[52] J. I. Choi, M. Jain, K. Srinivasan, P. Levis, and S. Katti, “Achieving
single channel, full duplex wireless communication,” in Proceedings of
135
the sixteenth annual international conference on Mobile computing and
networking. ACM, 2010, pp. 1–12.
[53] M. A. Khojastepour, K. Sundaresan, S. Rangarajan, X. Zhang, and
S. Barghi, “The case for antenna cancellation for scalable full-duplex
wireless communications,” in Proceedings of the 10th ACM Workshop
on Hot Topics in Networks. ACM, 2011, p. 17.
[54] A. Sahai, G. Patel, and A. Sabharwal, “Pushing the limits of full-duplex:
Design and real-time implementation,” arXiv preprint arXiv:1107.0607,
2011.
[55] E. Everett, “Full-duplex infrastructure nodes: Achieving long range with
half-duplex mobiles,” Ph.D. dissertation, Rice University, 2012.
[56] A. K. Khandani, “Methods for spatial multiplexing of wireless two-way
channels,” oct 2010, uS Patent 7,817,641.
[57] D. Bliss, P. Parker, and A. Margetts, “Simultaneous transmission and re-
ception for improved wireless network performance,” in Statistical Signal
Processing, 2007. SSP’07. IEEE/SP 14th Workshop on. IEEE, 2007,
pp. 478–482.
[58] B. Chun, E.-R. Jeong, J. Joung, Y. Oh, and Y. H. Lee, “Pre-nulling
for self-interference suppression in full-duplex relays,” in Proceedings:
APSIPA ASC 2009: Asia-Pacific Signal and Information Processing
Association, 2009 Annual Summit and Conference. Asia-Pacific Sig-
nal and Information Processing Association, 2009 Annual Summit and
Conference, International Organizing Committee, 2009, pp. 91–97.
136
[59] P. Lioliou, M. Viberg, M. Coldrey, and F. Athley, “Self-interference sup-
pression in full-duplex MIMO relays,” in Signals, Systems and Comput-
ers (ASILOMAR), 2010 Conference Record of the Forty Fourth Asilo-
mar Conference on. IEEE, 2010, pp. 658–662.
[60] B. Chun and Y. H. Lee, “A spatial self-interference nullification method
for full duplex amplify-and-forward MIMO relays,” in Wireless Com-
munications and Networking Conference (WCNC), 2010 IEEE. IEEE,
2010, pp. 1–6.
[61] T. Riihonen, S. Werner, and R. Wichman, “Mitigation of loopback self-
interference in full-duplex MIMO relays,” IEEE Transactions on Signal
Processing, vol. 59, no. 12, pp. 5983–5993, 2011.
[62] T. Snow, C. Fulton, and W. J. Chappell, “Transmit–receive duplex-
ing using digital beamforming system to cancel self-interference,” IEEE
Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 59, no. 12, pp.
3494–3503, 2011.
[63] T. Riihonen, A. Balakrishnan, K. Haneda, S. Wyne, S. Werner,
and R. Wichman, “Optimal eigenbeamforming for suppressing self-
interference in full-duplex MIMO relays,” in Information Sciences and
Systems (CISS), 2011 45th Annual Conference on. IEEE, 2011, pp.
1–6.
[64] E. Everett, M. Duarte, C. Dick, and A. Sabharwal, “Empowering
full-duplex wireless communication by exploiting directional diversity,”
in Signals, Systems and Computers (ASILOMAR), 2011 Conference
137
Record of the Forty Fifth Asilomar Conference on. IEEE, 2011, pp.
2002–2006.
[65] J. Sangiamwong, T. Asai, J. Hagiwara, Y. Okumura, and T. Ohya,
“Joint multi-filter design for full-duplex MU-MIMO relaying,” in Ve-
hicular Technology Conference, 2009. VTC Spring 2009. IEEE 69th.
IEEE, 2009, pp. 1–5.
[66] T. Riihonen, A. Balakrishnan, K. Haneda, S. Wyne, S. Werner,
and R. Wichman, “Optimal eigenbeamforming for suppressing self-
interference in full-duplex MIMO relays,” in Information Sciences and
Systems (CISS), 2011 45th Annual Conference on. IEEE, 2011, pp.
1–6.
[67] B. P. Day, A. R. Margetts, D. W. Bliss, and P. Schniter, “Full-duplex
bidirectional MIMO: Achievable rates under limited dynamic range,”
IEEE Transactions on Signal Processing, vol. 60, no. 7, pp. 3702–3713,
2012.
[68] E. Antonio-Rodrguez, R. Lpez-Valcarce, T. Riihonen, S. Werner, and
R. Wichman, “Autocorrelation-based adaptation rule for feedback
equalization in wideband full-duplex amplify-and-forward MIMO re-
lays,” in Acoustics, Speech and Signal Processing (ICASSP), 2013 IEEE
International Conference on. IEEE, 2013, pp. 4968–4972.
[69] T. Schenk, RF imperfections in high-rate wireless systems: impact and
digital compensation. Springer Science & Business Media, 2008.
[70] E. Antonio-Rodriguez, R. López-Valcarce, T. Riihonen, S. Werner, and
R. Wichman, “SINR optimization in wideband full-duplex MIMO relays
138
under limited dynamic range,” in Sensor Array and Multichannel Signal
Processing Workshop (SAM), 2014 IEEE 8th. IEEE, 2014, pp. 177–
180.
[71] S. N. Islam, P. Sadeghi, and S. Durrani, “Error performance analysis
of decode-and-forward and amplify-and-forward multi-way relay net-
works with binary phase shift keying modulation,” IET Communica-
tions, vol. 7, no. 15, pp. 1605–1616, 2013.
[72] M. Abramowitz and I. A. Stegun, Handbook of mathematical functions
with formulas, graphs, and mathematical tables. Dover, New York,
1972, vol. 9.
[73] D. P. M. Osorio, E. E. B. Olivo, H. Alves, J. C. S. S. Filho, and M. Latva-
aho, “Exploiting the direct link in full-duplex amplify-and-forward relay-
ing networks,” IEEE Signal Process. Lett., vol. 22, no. 10, pp. 1766–1770,
Oct. 2015.
[74] K. C. Dheeraj, A. Thangaraj, and R. Ganti, “Equalization in amplify-
forward full-duplex relay with direct link,” in 2015 Twenty First Nat’l
Conf. on Commun. (NCC), Feb 2015, pp. 1–6.
[75] T. M. Hoang, V. Van Son, N. C. Dinh, and P. T. Hiep, “Optimiz-
ing duration of energy harvesting for downlink NOMA full-duplex over
nakagami-m fading channel,” AEU-International Journal of Electronics
and Communications, vol. 95, pp. 199–206, 2018.
[76] G. Liu, W. Feng, Z. Han, and W. Jiang, “Performance analysis and op-
timization of cooperative full-duplex D2D communication underlaying
cellular networks,” arXiv preprint arXiv:1805.06645, 2018.
139
[77] O. Abbasi and A. Ebrahimi, “Cooperative NOMA with full-duplex
amplify-and-forward relaying,” Transactions on Emerging Telecommu-
nications Technologies, vol. 29, no. 7, p. e3421, 2018.
[78] B. Li, X. Qi, K. Huang, Z. Fei, F. Zhou, and R. Q. Hu, “Security-
reliability tradeoff analysis for cooperative NOMA in cognitive radio
networks,” IEEE Transactions on Communications, vol. 67, no. 1, pp.
83–96, 2019.
[79] S. Wang and T. Wu, “Stochastic geometric performance analyses for the
cooperative NOMA with the full-duplex energy harvesting relaying,”
IEEE Transactions on Vehicular Technology, pp. 1–1, 2019.
[80] P. L. Yeoh, M. Elkashlan, and I. B. Collings, “Selection relaying with
transmit beamforming: A comparison of fixed and variable gain relay-
ing,” IEEE Transactions on Communications, vol. 59, no. 6, pp. 1720–
1730, 2011.
[81] X. Yue, Y. Liu, S. Kang, A. Nallanathan, and Z. Ding, “Exploiting
full/half-duplex user relaying in NOMA systems,” IEEE Transactions
on Communications, vol. 66, no. 2, pp. 560–575, Feb 2018.
[82] Z. Zhang, Z. Ma, M. Xiao, Z. Ding, and P. Fan, “Full-duplex device-to-
device-aided cooperative nonorthogonal multiple access,” IEEE Trans-
actions on Vehicular Technology, vol. 66, no. 5, pp. 4467–4471, May
2017.
[83] T. Riihonen, S. Werner, and R. Wichman, “Hybrid full-duplex/half-
duplex relaying with transmit power adaptation,” IEEE Transactions
on Wireless Communications, vol. 10, no. 9, pp. 3074–3085, 2011.
140
[84] P. L. Yeoh, M. Elkashlan, and I. B. Collings, “Selection relaying with
transmit beamforming: A comparison of fixed and variable gain relay-
ing,” IEEE Transactions on Communications, vol. 59, no. 6, pp. 1720–
1730, 2011.
[85] X. Li, C. Tepedelenlioglu, and H. Senol, “Channel estimation for resid-
ual self-interference in full duplex amplify-and-forward two-way relays,”
IEEE Transactions on Wireless Communications, vol. PP, no. 99, pp.
1–1, 2017.
[86] X. Yue, Y. Liu, S. Kang, A. Nallanathan, and Z. Ding, “Exploiting
full/half-duplex user relaying in NOMA systems,” IEEE Trans. Com-
mun., vol. PP, no. 99, pp. 1–1, 2017.
[87] A. Jeffrey and D. Zwillinger, Table of integrals, series, and products.
Academic press, 2007.
[88] T. M. Kim and A. Paulraj, “Outage probability of amplify-and-forward
cooperation with full duplex relay,” in IEEE Wireless Communications
and Networking Conference (WCNC), 2012, Conference Proceedings,
pp. 75–79.
[89] Y. Ai, M. Cheffena, A. Mathur, and H. Lei, “On physical layer security
of double rayleigh fading channels for vehicular communications,” IEEE
Wireless Communications Letters, vol. 7, no. 6, pp. 1038–1041, Dec
2018.
[90] S. Biswas, R. Tatchikou, and F. Dion, “Vehicle-to-vehicle wireless com-
munication protocols for enhancing highway traffic safety,” IEEE Com-
munications Magazine, vol. 44, no. 1, pp. 74–82, Jan 2006.
141
[91] T. T. Duy, G. C. Alexandropoulos, V. T. Tung, V. N. Son, and T. Q.
Duong, “Outage performance of cognitive cooperative networks with
relay selection over double-rayleigh fading channels,” IET Communica-
tions, vol. 10, no. 1, pp. 57–64, 2016.
[92] Y. Chen, L. Wang, Y. Ai, B. Jiao, and L. Hanzo, “Performance analy-
sis of NOMA-SM in vehicle-to-vehicle massive MIMO channels,” IEEE
Journal on Selected Areas in Communications, vol. 35, no. 12, pp. 2653–
2666, Dec 2017.
[93] J. Wu and C. Xiao, “Performance analysis of wireless systems with dou-
bly selective rayleigh fading,” IEEE Transactions on Vehicular Technol-
ogy, vol. 56, no. 2, pp. 721–730, March 2007.
[94] M. Seyfi, S. Muhaidat, J. Liang, and M. Uysal, “Relay selection in dual-
hop vehicular networks,” IEEE Signal Processing Letters, vol. 18, no. 2,
pp. 134–137, Feb 2011.
[95] J. Salo, H. M. El-Sallabi, and P. Vainikainen, “Impact of double-rayleigh
fading on system performance,” in 2006 1st International Symposium
on Wireless Pervasive Computing, Jan 2006, pp. 5 pp.–5.
[96] ——, “Statistical analysis of the multiple scattering radio channel,”
IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 54, no. 11, pp.
3114–3124, Nov 2006.
[97] O. Taghizadeh, A. Cirik, and R. Mathar, “Hardware impairments aware
transceiver design for full-duplex amplify-and-forward MIMO relaying,”
IEEE Transactions on Wireless Communications, vol. PP, no. 99, pp.
1–1, 2017.
142
[98] X. Zhang, M. Matthaiou, E. Bjornson, M. Coldrey, and M. Debbah, “On
the MIMO capacity with residual transceiver hardware impairments,”
in Communications (ICC), 2014 IEEE International Conference on.
IEEE, 2014, pp. 5299–5305.
[99] A. Papazafeiropoulos, S. K. Sharma, T. Ratnarajah, and S. Chatzino-
tas, “Impact of residual additive transceiver hardware impairments
on rayleigh-product MIMO channels with linear receivers: Exact and
asymptotic analyses,” IEEE Trans. on Commun., vol. PP, no. 99, pp.
1–1, 2017.
[100] A. K. Mishra, S. C. M. Gowda, and P. Singh, “Impact of hardware
impairments on TWRN and OWRN AF relaying systems with imper-
fect channel estimates,” in 2017 IEEE Wireless Communications and
Networking Conference (WCNC), March 2017, pp. 1–6.
[101] C. Studer, M. Wenk, and A. Burg, “MIMO transmission with residual
transmit-RF impairments,” in Smart Antennas (WSA), 2010 Interna-
tional ITG Workshop on. IEEE, 2010, pp. 189–196.
[102] K. Yang, H. Cui, L. Song, and Y. Li, “Joint relay and antenna selec-
tion for full-duplex AF relay networks,” in 2014 IEEE International
Conference on Communications (ICC), June 2014, pp. 4454–4459.
[103] ——, “Efficient full-duplex relaying with joint antenna-relay selec-
tion and self-interference suppression,” IEEE Transactions on Wireless
Communications, vol. 14, no. 7, pp. 3991–4005, July 2015.
[104] J. Hu, F. Liu, and Y. Liu, “Achievable rate analysis of two-way full
duplex relay with joint relay and antenna selection,” in 2017 IEEE
143
Wireless Communications and Networking Conference (WCNC), March
2017, pp. 1–5.
[105] A. Koc, I. Altunbas, and A. Yongacoglu, “Outage probability of two-
way full-duplex AF relay systems over nakagami-m fading channels,”
in Vehicular Technology Conference (VTC-Fall), IEEE 84th. IEEE,
2016, Conference Proceedings, pp. 1–5.
[106] Y. Li, N. Li, M. Peng, and W. Wang, “Relay power control for two-way
full-duplex amplify-and-forward relay networks,” IEEE Signal Process-
ing Letters, vol. 23, no. 2, pp. 292–296, 2016.
[107] Y. Wang, Q. Jiang, Z. Chen, and B. Xia, “Outage probability of two-
way full-duplex amplify-forward relay systems with asymmetric traffic
requirements,” in 2015 International Conference on Wireless Commu-
nications Signal Processing (WCSP), Oct 2015, pp. 1–5.
[108] P. Xing, J. Liu, C. Zhai, X. Wang, and X. Zhang, “Multipair two-way
full-duplex relaying with massive array and power allocation,” IEEE
Transactions on Vehicular Technology, vol. PP, no. 99, pp. 1–1, 2017.
[109] B. Xia, C. Li, and Q. Jiang, “Outage performance analysis of multi-user
selection for two-way full-duplex relay systems,” IEEE Communications
Letters, vol. 21, no. 4, pp. 933–936, 2017.
[110] A. Hyadi, M. Benjillali, and M. S. Alouini, “Outage performance of
decode-and-forward in two-way relaying with outdated CSI,” IEEE
Transactions on Vehicular Technology, vol. 64, no. 12, pp. 5940–5947,
2015.
144
[111] C. Li, H. Wang, Y. Yao, Z. Chen, X. Li, and S. Zhang, “Outage per-
formance of the full-duplex two-way DF relay system under imperfect
CSI,” IEEE Access, vol. 5, pp. 5425–5435, 2017.
[112] C. Li, B. Xia, S. Shao, Z. Chen, and Y. Tang, “Multi-user scheduling of
the full-duplex enabled two-way relay systems,” IEEE Transactions on
Wireless Communications, vol. 16, no. 2, pp. 1094–1106, Feb 2017.
[113] B. Zhong and Z. Zhang, “Secure full-duplex two-way relaying networks
with optimal relay selection,” IEEE Communications Letters, vol. 21,
no. 5, pp. 1123–1126, May 2017.
[114] L. Li, C. Dong, L. Wang, and L. Hanzo, “Spectral-efficient bidi-
rectional decode-and-forward relaying for full-duplex communication,”
IEEE Transactions on Vehicular Technology, vol. 65, no. 9, pp. 7010–
7020, Sept 2016.
[115] A. Omri, A. S. Behbahani, A. M. Eltawil, and M. O. Hasna, “Perfor-
mance analysis of full-duplex multiuser decode-and-forward relay net-
works with interference management,” in 2016 IEEE Wireless Commu-
nications and Networking Conference, April 2016, pp. 1–6.
[116] A. Leon-Garcia and A. Leon-Garcia, Probability, statistics, and random
processes for electrical engineering. Pearson/Prentice Hall 3rd ed. Up-
per Saddle River, NJ, 2008.