<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD Journal Publishing DTD v2.3 20070202//EN" "journalpublishing.dtd">
<article xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xml:lang="en" article-type="research-article">
<front>
<journal-meta>
<journal-id journal-id-type="nlm-ta">Sensors</journal-id>
<journal-title>Sensors</journal-title>
<issn pub-type="epub">1424-8220</issn>
<publisher>
<publisher-name>Molecular Diversity Preservation International (MDPI)</publisher-name></publisher></journal-meta>
<article-meta>
<article-id pub-id-type="doi">10.3390/s91108776</article-id>
<article-id pub-id-type="publisher-id">sensors-09-08776</article-id>
<article-categories>
<subj-group>
<subject>Article</subject></subj-group></article-categories>
<title-group>
<article-title>Feedback Power Control Strategies in Wireless Sensor Networks with Joint Channel Decoding</article-title></title-group>
<contrib-group>
<contrib contrib-type="author">
<name><surname>Abrardo</surname><given-names>Andrea</given-names></name><xref ref-type="aff" rid="af1-sensors-09-08776"><sup>1</sup></xref></contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name><surname>Ferrari</surname><given-names>Gianluigi</given-names></name><xref ref-type="aff" rid="af2-sensors-09-08776"><sup>2</sup></xref><xref ref-type="corresp" rid="c1-sensors-09-08776"><sup>*</sup></xref></contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name><surname>Martalò</surname><given-names>Marco</given-names></name><xref ref-type="aff" rid="af2-sensors-09-08776"><sup>2</sup></xref></contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name><surname>Perna</surname><given-names>Fabio</given-names></name><xref ref-type="aff" rid="af1-sensors-09-08776"><sup>1</sup></xref></contrib></contrib-group>
<aff id="af1-sensors-09-08776">
<label>1</label> Department of Information Engineering, University of Siena, Italy; E-Mails: <email>abrardo@dii.unisi.it</email>; <email>perna@unisi.it</email></aff>
<aff id="af2-sensors-09-08776">
<label>2</label> Wireless Ad hoc and Sensor Networks (WASN) Laboratory, Department of Information Engineering, University of Parma, Italy; E-Mail: <email>martalo@tlc.unipr.it</email></aff>
<author-notes>
<corresp id="c1-sensors-09-08776">
<label>*</label>Author to whom correspondence should be addressed; E-Mail: <email>gianluigi.ferrari@unipr.it</email>; Tel.: +39-0521-906-513; Fax: +39-0521-905-758.</corresp></author-notes>
<pub-date pub-type="collection">
<year>2009</year></pub-date>
<pub-date pub-type="epub">
<day>3</day>
<month>11</month>
<year>2009</year></pub-date>
<volume>9</volume>
<issue>11</issue>
<fpage>8776</fpage>
<lpage>8809</lpage>
<history>
<date date-type="received">
<day>15</day>
<month>10</month>
<year>2009</year></date>
<date date-type="rev-recd">
<day>22</day>
<month>10</month>
<year>2009</year></date>
<date date-type="accepted">
<day>23</day>
<month>10</month>
<year>2009</year></date></history>
<permissions>
<copyright-statement>© 2009 by the authors; licensee Molecular Diversity Preservation International, Basel, Switzerland.</copyright-statement>
<copyright-year>2009</copyright-year>
<license>
<p>This article is an open access article distributed under the terms and conditions of the Creative Commons Attribution license (http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/).</p></license></permissions>
<abstract>
<p>In this paper, we derive feedback power control strategies for block-faded multiple access schemes with correlated sources and joint channel decoding (JCD). In particular, upon the derivation of the feasible signal-to-noise ratio (SNR) region for the considered multiple access schemes, i.e., the multidimensional SNR region where error-free communications are, in principle, possible, two feedback power control strategies are proposed: (i) a classical feedback power control strategy, which aims at equalizing all link SNRs at the access point (AP), and (ii) an innovative optimized feedback power control strategy, which tries to make the network operational point fall in the feasible SNR region at the lowest overall transmit energy consumption. These strategies will be referred to as “balanced SNR” and “unbalanced SNR,” respectively. While they require, in principle, an unlimited power control range at the sources, we also propose practical versions with a limited power control range. We preliminary consider a scenario with orthogonal links and ideal feedback. Then, we analyze the robustness of the proposed power control strategies to possible non-idealities, in terms of residual multiple access interference and noisy feedback channels. Finally, we successfully apply the proposed feedback power control strategies to a limiting case of the class of considered multiple access schemes, namely a central estimating officer (CEO) scenario, where the sensors observe noisy versions of a common binary information sequence and the AP's goal is to estimate this sequence by properly fusing the soft-output information output by the JCD algorithm.</p></abstract>
<kwd-group>
<kwd>sensor networks</kwd>
<kwd>source correlation</kwd>
<kwd>feedback power control</kwd>
<kwd>joint channel decoding (JCD)</kwd>
<kwd>serially concatenated convolutional codes (SCCCs)</kwd>
<kwd>low-density parity-check (LDPC) codes</kwd>
<kwd>multiple access interference</kwd>
<kwd>noisy feedback</kwd>
<kwd>central estimating officer (CEO) problem</kwd>
<kwd>fusion</kwd></kwd-group></article-meta></front>
<body>
<sec sec-type="intro">
<label>1.</label>
<title>Introduction</title>
<p>Wireless multiple access schemes, where correlated signals, observed at different nodes, need to be transferred to one or more collectors, model several communication scenarios. For example, these schemes apply to wireless sensor networks, where a set of nodes collect and transmit correlated data to a common sink [<xref ref-type="bibr" rid="b1-sensors-09-08776">1</xref>]. In the case of a single collector node (the access point, AP), the design of efficient transmission mechanisms is often referred to as reach-back channel problem [<xref ref-type="bibr" rid="b2-sensors-09-08776">2</xref>–<xref ref-type="bibr" rid="b4-sensors-09-08776">4</xref>]. Assuming orthogonal additive white Gaussian noise (AWGN) channels between the nodes and the collector, the separation between source and channel coding is known to be optimal [<xref ref-type="bibr" rid="b4-sensors-09-08776">4</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="b5-sensors-09-08776">5</xref>]. This means that the theoretical limit can be achieved by, first, compressing each source up to its Slepian-Wolf (SW) limit and, then, utilizing independent capacity-achieving channel codes (one per source) [<xref ref-type="bibr" rid="b6-sensors-09-08776">6</xref>]. In an attempt to exploit such correlation, many works have recently focused on the design of distributed source coding schemes that approach the SW fundamental limit on the achievable compression rate [<xref ref-type="bibr" rid="b7-sensors-09-08776">7</xref>–<xref ref-type="bibr" rid="b10-sensors-09-08776">10</xref>].</p>
<p>An alternative solution to distributed source coding is based on joint source channel coding (JSCC) schemes, where the correlated sources are not source encoded but only channel encoded. If one compares a JSCC system with a system based on source/channel coding separation with the same information rate, the channel codes used in a JSCC scheme must be less powerful (i.e., they have higher rates). In fact, this apparent weakness is compensated by exploiting the source correlation at the decoder, which jointly recovers the information signals of all sources. For this reason, this approach is also referred to as joint channel decoding (JCD). In this case, it can be shown that the final system performance can approach the theoretical limits. This approach has attracted the attention of several researchers in the recent past, also because of its implementation simplicity [<xref ref-type="bibr" rid="b11-sensors-09-08776">11</xref>–<xref ref-type="bibr" rid="b15-sensors-09-08776">15</xref>]. Note that, in the JCD approach, the sources are encoded independently of each other (i.e., for a given source neither the realizations from the other sources nor the correlation model are available at each encoder) and transmitted through the channel. In this case, the correlation between the sources has to be available at the (common) receiver.</p>
<p>In the introduced scenario, we study the performance of wireless multiple access schemes, with binary correlated sources communicating to an AP and with block faded communication links. It is well known that the presence of block-faded channels may dramatically degrade the performance of wireless multiple access systems, unless some countermeasures are taken at the transmitters to protect highly faded links. For instance, the performance of multiple access schemes can be improved by the use of “feedback.” In general terms, the AP can provide the sources with supplementary information (e.g., on the links' states) to allow them to counter-act the effects of fading. From an information-theoretic viewpoint, while feedback does not increase the capacity of a memoryless channel with one sender and one receiver [<xref ref-type="bibr" rid="b16-sensors-09-08776">16</xref>], the capacity region of multiple access channels increases through the use of feedback [<xref ref-type="bibr" rid="b17-sensors-09-08776">17</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="b18-sensors-09-08776">18</xref>]. In [<xref ref-type="bibr" rid="b19-sensors-09-08776">19</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="b20-sensors-09-08776">20</xref>], the authors devise JSCC strategies for multiple-access channels with feedback and correlated sources.</p>
<p>In this paper, we refer to block faded multiple access schemes with correlated sources and JCD. In particular, we consider serially concatenated convolutional coding (SCCCing) or low-density parity-check (LDPC) coding at the sources. We first investigate, in the absence of non idealities (besides fading), feedback power control strategies which can guarantee theoretically error-free communications, i.e., that the system operational point lies in the feasible signal-to-noise ratio (SNR) region of the multiple access channel. In this context, we first propose a classical feedback power control strategy, which tends to balance (i.e., equalize) the link SNRs and is optimal in traditional transmitting scenarios where the sources are independent. Then, we derive an innovative optimized power control strategy, which makes the system operate in the feasible SNR region at the lowest transmit energy consumption. It will be shown that the latter strategy leads to “unbalanced” target SNRs at the correlated sensors and, to the best of our knowledge, this is a novel result. The impact of possible non-idealities, in terms of residual multiple access interference and noisy feedback channels, on the performance of multiple access schemes using the proposed feedback power control strategies is also investigated. Even in this case, it will be shown that the unbalanced SNR strategy is still to be preferred. Finally, we apply the proposed feedback power control strategies to a so-called central estimating officer (CEO) problem, which can be interpreted as a limiting case of the general class of considered multiple access scenarios [<xref ref-type="bibr" rid="b21-sensors-09-08776">21</xref>]. In the considered CEO setting, the information sequences at the input of the sensor nodes correspond to noisy observations of the sequence output by a single binary source, and the AP's goal is to estimate the latter sequence. In this scenario, we derive a proper fusion rule to be applied, at the AP, after feedback power control. In particular, this does not entail any modification of the proposed feedback power control strategies, which can be directly utilized.</p>
<p>This paper is structured as follows. In Section 2., we describe the considered multiple access scheme. In Section 3., we first derive the power control strategies with unlimited transmit power, using both balanced SNR and unbalanced SNR strategies. Section 4. is devoted to the description of the JCD iterative decoding scheme at the AP and to the simulation-based performance analysis of the proposed multiple access schemes with feedback power control. In Section 5., we investigate the robustness of the proposed feedback power control strategies with respect to errors in the power control commands and the possible presence of residual multiple access interference. In Section 6., the proposed framework for multiple access schemes is extended to encompass, at the AP, the presence of information fusion after feedback power control, i.e., to a CEO scenario. Finally, in Section 7. we provide concluding remarks.</p></sec>
<sec>
<label>2.</label>
<title>System Model in the Absence of Non-Idealities</title>
<sec>
<label>2.1.</label>
<title>Communication Scheme and Feedback Power Control</title>
<p>Consider <italic>n</italic> spatially distributed nodes which detect (i.e., receive at their inputs) binary information sequences 
<inline-formula>
<mml:math id="mm1">
<mml:semantics id="sm1">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">x</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>…</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula>, where <italic>k</italic> = 1, …, <italic>n</italic> and <italic>L</italic> is the signals' length (the same for all sources). The information signals are assumed to be temporally white with 
<inline-formula>
<mml:math id="mm2">
<mml:semantics id="sm2">
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>0.5</mml:mn></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula> and the following simple additive correlation model is considered:
<disp-formula id="FD1">
<mml:math id="mm3" display="block">
<mml:semantics id="sm3">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>⊕</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow>
<mml:mspace width="5em"/>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>…</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mspace width="3em"/>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>…</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>where {<italic>b<sub>i</sub></italic>} are independent and identically distributed (i.i.d.) binary random variables and 
<inline-formula>
<mml:math id="mm4">
<mml:semantics id="sm4">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula> are i.i.d. binary random variables with probability <italic>ρ</italic> to be 0 (and 1 − <italic>ρ</italic> to be 1). Obviously, if <italic>ρ</italic> = 0.5 there is no correlation between the binary information signals 
<inline-formula>
<mml:math id="mm5">
<mml:semantics id="sm5">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">x</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula>, whereas if <italic>ρ</italic> = 1 the information signals are identical. Note that in this paper, similarly to previous studies [<xref ref-type="bibr" rid="b11-sensors-09-08776">11</xref>–<xref ref-type="bibr" rid="b15-sensors-09-08776">15</xref>], we refer to a transmission scenario where quantization and digitization are performed separately. In this case, the original source correlation may be converted into correlation among the bit sequences of the binary digitized signals, as shown, for example, in [<xref ref-type="bibr" rid="b22-sensors-09-08776">22</xref>]. Eventually, the correlation model between bit sequences is univocally determined by the probability that two corresponding (on a time scale) bits are equal. Therefore, we simply adopt this correlation model.</p>
<p>According to the chosen correlation model, the a-priori joint probability mass function (PMF) of the information signals at the inputs of the <italic>n</italic> sources at the <italic>i</italic>-th epoch (<italic>i</italic> ∈ {0, …, <italic>L</italic> − 1}), can be computed. After a few manipulations, one can show that [<xref ref-type="bibr" rid="b23-sensors-09-08776">23</xref>]
<disp-formula id="FD2">
<label>(1)</label>
<mml:math id="mm6" display="block">
<mml:semantics id="sm6">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">x</mml:mtext>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>∣</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">x</mml:mtext>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>∣</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow/></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>ρ</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mtext>b</mml:mtext></mml:msub></mml:mrow></mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>ρ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mtext>b</mml:mtext></mml:msub></mml:mrow></mml:msup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>ρ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mtext>b</mml:mtext></mml:msub></mml:mrow></mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mtext>b</mml:mtext></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mspace width="3em"/>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>…</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>where 
<inline-formula>
<mml:math id="mm7">
<mml:semantics id="sm7">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">x</mml:mtext>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>…</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula> and <italic>n</italic><sub>b</sub> = <italic>n</italic><sub>b</sub>(<bold><italic>x</italic></bold><italic><sub>i</sub></italic>) is the number of zeros in <bold><italic>x</italic></bold><italic><sub>i</sub></italic>. Under the considered correlation model, it is straightforward to express the joint entropy <italic>H</italic>(<italic>n</italic>) of the <italic>n</italic>-dimensional vector <bold><italic>x</italic></bold><italic><sub>i</sub></italic> emitted by the <italic>n</italic> sources at the <italic>i</italic>-th epoch as follows:
<disp-formula id="FD3">
<label>(2)</label>
<mml:math id="mm8" display="block">
<mml:semantics id="sm8">
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac>
<mml:munderover>
<mml:mo>∑</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mtext>b</mml:mtext></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mtext>b</mml:mtext></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>ρ</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mtext>b</mml:mtext></mml:msub></mml:mrow></mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>ρ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mtext>b</mml:mtext></mml:msub></mml:mrow></mml:msup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>ρ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mtext>b</mml:mtext></mml:msub></mml:mrow></mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mi>ρ</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mtext>b</mml:mtext></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>⋅</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>log</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>ρ</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mtext>b</mml:mtext></mml:msub></mml:mrow></mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>ρ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mtext>b</mml:mtext></mml:msub></mml:mrow></mml:msup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>ρ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mtext>b</mml:mtext></mml:msub></mml:mrow></mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mi>ρ</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mtext>b</mml:mtext></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow>
<mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>In <xref ref-type="fig" rid="f1-sensors-09-08776">Figure 1</xref>, the overall model for the multiple access scheme with feedback is shown. The goal of the communication system is that of recovering, at the AP, the information signals 
<inline-formula>
<mml:math id="mm9">
<mml:semantics id="sm9">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">x</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula> with the lowest possible probability of error. Referring to the equivalent low-pass signal representation, we denote as <bold><italic>s</italic></bold><sup>(<italic>k</italic>)</sup> the complex samples transmitted by the <italic>k</italic>-th source and as <italic>N</italic> the length of <bold><italic>s</italic></bold><sup>(<italic>k</italic>)</sup>. In the remainder of this work, we will assume that the same transmitting rate <italic>r</italic> = <italic>L</italic>/<italic>N</italic> is used at all sources: however, the proposed approach is general and can be applied also to scenarios where the transmitting rate varies from source to source. By 
<inline-formula>
<mml:math id="mm10">
<mml:semantics id="sm10">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">α</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>α</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>…</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>α</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula> we denote the complex gain vector over the <italic>k</italic>-th link, which encompasses both path loss and fading, and by 
<inline-formula>
<mml:math id="mm11">
<mml:semantics id="sm11">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">η</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>η</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>…</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>η</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula> a complex AWGN vector. We assume a block fading model for the communication links between the sources and the AP: more precisely, the fading coefficient of each link is <italic>constant</italic> for the entire duration of a single packet transmission, i.e., 
<inline-formula>
<mml:math id="mm12">
<mml:semantics id="sm12">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>α</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>α</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula> for <italic>i</italic> = 0, …, <italic>N</italic> − 1. The fading coefficients are assumed to be independent from link to link and, on a single link, between consecutive packet transmissions (e.g., see <xref rid="fn1-sensors-09-08776" ref-type="fn">note 1</xref>). Their amplitudes 
<inline-formula>
<mml:math id="mm13">
<mml:semantics id="sm13">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">|</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>α</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup>
<mml:mo stretchy="false">|</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula> are assumed to be Rayleigh distributed with 
<inline-graphic xlink:href="sensors-09-08776i1.gif"/>[|<italic>α</italic><sup>(<italic>k</italic>)</sup>|<sup>2</sup>] = 1. We denote as 
<inline-formula>
<mml:math id="mm14">
<mml:semantics id="sm14">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">ν</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>ν</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>…</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>ν</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula> the binary (not modulated) codeword 
<inline-formula>
<mml:math id="mm15">
<mml:semantics id="sm15">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>ν</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>∈</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula> generated at the <italic>k</italic>-th node. For simplicity, we assume that binary phase shift keying (BPSK) is the modulation format, i.e., 
<inline-formula>
<mml:math id="mm16">
<mml:semantics id="sm16">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msubsup>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mtext>c</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula>, where 
<inline-formula>
<mml:math id="mm17">
<mml:semantics id="sm17">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msubsup>
<mml:mi>ν</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo>±</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula> and 
<inline-formula>
<mml:math id="mm18">
<mml:semantics id="sm18">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mtext>c</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula> is the energy per coded bit transmitted by the <italic>k</italic>-th node. Indicating by 
<inline-formula>
<mml:math id="mm19">
<mml:semantics id="sm19">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mtext>t</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula> the transmit power at the <italic>k</italic>-th node, the transmitted bit energy in the <italic>k</italic>-th link can be written as 
<inline-formula>
<mml:math id="mm20">
<mml:semantics id="sm20">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mtext>c</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mtext>t</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>bit</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula>, where <italic>T</italic><sub>bit</sub> is the bit duration. Since we are considering a block fading model, we assume that the link gains can be perfectly estimated at the AP (e.g., using a short preamble with pilot symbols).</p>
<p>We preliminary consider a system with orthogonal links. This is meaningful for wireless sensor networking scenarios with reservation-based medium access control (MAC) protocols, such as time/frequency division multiple access (TDMA/FDMA). The use of these protocols allows to represent the multiple access channel as a set of parallel orthogonal channels [<xref ref-type="bibr" rid="b4-sensors-09-08776">4</xref>]. Therefore, in these cases the assumption of orthogonality is realistic. However, since in some cases orthogonality may be partially lost (e.g., in the case of non-orthogonal code division multiple access (CDMA) or in presence of FDMA with overlapping bandwidths), in Section 5. we will investigate the case where distributed users transmit simultaneously to the AP and, consequently, there appears multiple access interference at the AP.</p>
<p>Under the above assumptions, after matched filtering and carrier-phase estimation the real observable at the AP, relative to a transmitted sample, can be expressed as
<disp-formula id="FD4">
<label>(3)</label>
<mml:math id="mm21" display="block">
<mml:semantics id="sm21">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">|</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>α</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup>
<mml:mo stretchy="false">|</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mtext>c</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msqrt>
<mml:msubsup>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>η</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow>
<mml:mspace width="5em"/>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>…</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mspace width="5em"/>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>…</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>where 
<inline-formula>
<mml:math id="mm22">
<mml:semantics id="sm22">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>η</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula> is an AWGN variable with zero mean and variance <italic>N</italic><sub>0</sub>/2.</p>
<p>Upon reception of the signals transmitted from all sources, the goal of the AP is to reconstruct each information signal by exploiting the source correlation. In order to do this, JCD schemes for two-source scenarios with systematic channel coding at each source and iterative decoding at the AP have been proposed [<xref ref-type="bibr" rid="b12-sensors-09-08776">12</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="b14-sensors-09-08776">14</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="b15-sensors-09-08776">15</xref>]. In all cases, the key operational principle of the iterative decoder is that of using a soft-output component decoder per source and, then, to pass the generated soft-output values on the systematic bits (properly weighed taking into account the source correlation) to the other decoders. In Subsection 4.1., more details will be given and a general iterative decoder for an <italic>n</italic>-source scenario will be proposed.</p>
<p>In <xref ref-type="fig" rid="f1-sensors-09-08776">Figure 1</xref>, the feedback channels are indicated as dashed lines. In this work, we preliminary assume that these channels are error-free (i.e., each source perfectly receives the power control command sent to it by the AP) and then analyze the impact of noisy feedback (i.e., each source may receive a power control command different from that sent by the AP). More details on power control strategies with ideal and noisy feedback will be given in Section 3. and Section 5., respectively.</p></sec>
<sec>
<label>2.2.</label>
<title>Feasible SNR Region of a Multiple Access Scheme</title>
<p>It is well known that distributed source coding allows to reduce the amount of data to be transmitted to the AP without needing extra inter-sensor communications. In particular, the performance achievable by distributed source coding is identical to that which could be achieved if the sources were encoded jointly. The SW theorem allows to determine the achievable rate region for the case of separate lossless encoding of correlated sources. Denoting by <italic>r</italic><sub>s,<italic>k</italic></sub> the achievable compression rate for <italic>k</italic>-th transmitter, one obtains the following bounds:
<disp-formula id="FD5">
<label>(4)</label>
<mml:math id="mm23" display="block">
<mml:semantics id="sm23">
<mml:mrow>
<mml:munderover>
<mml:mo>∑</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi></mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>s</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo>≥</mml:mo>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>…</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>∣</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>…</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>where <italic>p</italic> ∈ {1, …, <italic>n</italic>}, <italic>k<sub>i</sub></italic> ≠ <italic>j<sub>f</sub></italic> (<italic>i</italic> ∈ {1, …, <italic>p</italic>}, <italic>f</italic> ∈ {1, …, <italic>n</italic> − <italic>p</italic>}), and {<italic>k</italic><sub>1</sub>, …, <italic>k<sub>p</sub></italic>}∪{<italic>j</italic><sub>1</sub>, …, <italic>j<sub>n</sub></italic><sub>−</sub><italic><sub>p</sub></italic>} = {1, …, <italic>n</italic>}. In other words, 
<inline-formula>
<mml:math id="mm24">
<mml:semantics id="sm24">
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>…</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>∣</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>…</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula> is the conditional joint entropy of the group of <italic>p</italic> sources indexed by <italic>k</italic><sub>1</sub>, …, <italic>k<sub>p</sub></italic>, conditioned on the remaining <italic>n</italic> − <italic>p</italic> sources.</p>
<p>By exploiting the well known relation between joint and conditional entropies [<xref ref-type="bibr" rid="b24-sensors-09-08776">24</xref>], one gets:
<disp-formula id="FD6">
<label>(5)</label>
<mml:math id="mm25" display="block">
<mml:semantics id="sm25">
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>…</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>∣</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>…</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>…</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>…</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>The considered correlation model between the sources is such that the joint entropy depends only on the number of considered sources, as shown in (<xref rid="FD3" ref-type="disp-formula">2</xref>). Therefore, the family of inequalities in (<xref rid="FD5" ref-type="disp-formula">4</xref>) can be equivalently rewritten as follows:
<disp-formula id="FD7">
<label>(6)</label>
<mml:math id="mm26" display="block">
<mml:semantics id="sm26">
<mml:mrow>
<mml:munderover>
<mml:mo>∑</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi></mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo>≥</mml:mo>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>By assuming that source coding (compression) is followed by channel coding, the actual channel code rates 
<inline-formula>
<mml:math id="mm27">
<mml:semantics id="sm27">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>c</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula> may be expressed as
<disp-formula id="FD8">
<label>(7)</label>
<mml:math id="mm28" display="block">
<mml:semantics id="sm28">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>c</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>s</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>where <italic>r</italic> is the (already introduced) transmission rate equal to <italic>L</italic>/<italic>N</italic>. The channel code rates must satisfy the following Shannon bounds:
<disp-formula id="FD9">
<label>(8)</label>
<mml:math id="mm29" display="block">
<mml:semantics id="sm29">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>c</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo>≤</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:msub>
<mml:mspace width="2em"/>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>…</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>where <italic>λ<sub>k</sub></italic> is the capacity of the <italic>k</italic>-th link, i.e.,
<disp-formula id="FD10">
<label>(9)</label>
<mml:math id="mm30" display="block">
<mml:semantics id="sm30">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>≜</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>log</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>γ</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>and <italic>γ<sub>k</sub></italic> is the SNR, at the AP, relative to the <italic>k</italic>-th link, i.e.,
<disp-formula id="FD11">
<label>(10)</label>
<mml:math id="mm31" display="block">
<mml:semantics id="sm31">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>γ</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">|</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>α</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mtext>c</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>As discussed in Section 1., compressing each source up to the SW limit and then utilizing independent capacity-achieving channel codes allows to reach the ultimate performance limits. Therefore, combining (<xref rid="FD7" ref-type="disp-formula">6</xref>), (<xref rid="FD10" ref-type="disp-formula">9</xref>), and (<xref rid="FD11" ref-type="disp-formula">10</xref>), the link capacities 
<inline-formula>
<mml:math id="mm32">
<mml:semantics id="sm32">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula> have to satisfy the following inequalities:
<disp-formula id="FD12">
<label>(11)</label>
<mml:math id="mm33" display="block">
<mml:semantics id="sm33">
<mml:mrow>
<mml:munderover>
<mml:mo>∑</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi></mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo>≥</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow>
<mml:mspace width="2em"/>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>∈</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>…</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mtext>and</mml:mtext>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>…</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo>
<mml:mo>⊆</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>…</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>From (<xref rid="FD12" ref-type="disp-formula">11</xref>), using (<xref rid="FD10" ref-type="disp-formula">9</xref>) it follows directly that the feasible <italic>n</italic>-dimensional SNR region of the considered multiple access scenario is characterized by the link SNRs at 
<inline-formula>
<mml:math id="mm34">
<mml:semantics id="sm34">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>γ</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula> such that, for any chosen value of <italic>p</italic> ∈ {1, …, <italic>n</italic>}, the following inequalities are satisfied:
<disp-formula id="FD13">
<label>(12)</label>
<mml:math id="mm35" display="block">
<mml:semantics id="sm35">
<mml:mrow>
<mml:munderover>
<mml:mo>∑</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi></mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>log</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>γ</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>≥</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mo>∀</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>…</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo>
<mml:mo>⊆</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>…</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>In [<xref ref-type="bibr" rid="b25-sensors-09-08776">25</xref>], it is shown that, if one solves (<xref rid="FD13" ref-type="disp-formula">12</xref>) in a scenario with <italic>n</italic> = 2 sources and <italic>ρ</italic> = 0.95, the feasible SNR region shown in <xref ref-type="fig" rid="f2-sensors-09-08776">Figure 2</xref> can be obtained. The target operational point of a feedback power control strategy can be represented as a point in this region. In Section 3., two feedback power control strategies for block faded scenarios will be proposed. The first one tries to make the system operational point lies on the bisector: in other words, <italic>γ</italic><sub>1</sub> = <italic>γ</italic><sub>2</sub> and, for this reason, this feedback power control strategy will be referred to as balanced SNR. The second selects the target SNRs so that the transmit energy consumption is minimized: in this case, it turns out that typically <italic>γ</italic><sub>1</sub> ≠ <italic>γ</italic><sub>2</sub> and, for this reason, this feedback power control strategy will be referred to as unbalanced SNR. In a general scenario with <italic>n</italic> sources, the balanced SNR feedback power control strategy will assume that all target SNRs are equal and properly select the common value, whereas the unbalanced SNR strategy will lead to different target SNRs over the links.</p></sec></sec>
<sec>
<label>3.</label>
<title>Feedback Power Control</title>
<sec>
<label>3.1.</label>
<title>Feedback Power Control Strategies with Unlimited Transmit Power</title>
<p>As discussed in Subsection 2.1., according to the considered block-faded sensor-AP channel model, the instantaneous per-link SNR at the AP is subject to per-packet fading fluctuations due to the time-varying nature of the channel. A feedback power control strategy for a multiple access scheme consists of a rule, depending on the (ideally perfectly estimated) links' statuses, according to which a power control command is sent, by the AP, to each sensor. Equivalently, the power control strategy is based on the determination of proper target SNRs at the AP, denoted as 
<inline-formula>
<mml:math id="mm36">
<mml:semantics id="sm36">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>γ</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mtext>tgt</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula>, for all sensors. On the basis of these target SNRs, the AP will send (without errors) the corresponding power control commands to the sources. Therefore, the <italic>k</italic>-th source will ideally set its transmit power in order to reach the target SNR at the AP. Under the assumption of unlimited transmit power at the sources, the transmit energy at the <italic>k</italic>-th node (assuming fixed bit duration) will be set as follows:
<disp-formula id="FD14">
<label>(13)</label>
<mml:math id="mm37" display="block">
<mml:semantics id="sm37">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mtext>c</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mi>γ</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mtext>tgt</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>|</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>α</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow>
<mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msubsup>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mtext>tgt</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msup>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>|</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>α</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow>
<mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>where 
<inline-formula>
<mml:math id="mm38">
<mml:semantics id="sm38">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mtext>tgt</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>log</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>γ</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mtext>tgt</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula> is the target capacity for <italic>k</italic>-th link. In this setting, a power control strategy consists in allocating the target SNRs 
<inline-formula>
<mml:math id="mm39">
<mml:semantics id="sm39">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>γ</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mtext>tgt</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula> and, thus, the corresponding transmit energies 
<inline-formula>
<mml:math id="mm40">
<mml:semantics id="sm40">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mtext>c</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula>, so that the constraints (<xref rid="FD13" ref-type="disp-formula">12</xref>) are satisfied for all users. Since the constraints (<xref rid="FD13" ref-type="disp-formula">12</xref>) can be satisfied in infinite ways, we now propose two possible approaches: classical (in the sense of target SNR equalization over all links) and optimized (in the sense of overall transmit energy minimization).</p>
<p>The classical approach for power control in multiple access systems tries to “balance” the SNRs at the AP over all possible links. More precisely, the AP fixes a <italic>common</italic> target SNR, denoted as <italic>γ̄</italic><sup>(tgt)</sup>, for all sources. Obviously, the common target SNR will have to be higher than the minimum required common SNR to guarantee that the operational point lies within the feasible SNR region introduced in Subsection 2.2.. The minimum common target SNR, denoted as <italic>γ̄</italic><sup>(tgt)−bal</sup>, can be obtained by solving the following optimization problem with constraints given by (<xref rid="FD12" ref-type="disp-formula">11</xref>):
<disp-formula id="FD15">
<label>(14)</label>
<mml:math id="mm41" display="block">
<mml:semantics id="sm41">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr columnalign="left">
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:mtext>minimize</mml:mtext></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>γ</mml:mi>
<mml:mo>¯</mml:mo></mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mtext>tgt</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow/></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr columnalign="left">
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:mtext>Subject to</mml:mtext></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>log</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>γ</mml:mi>
<mml:mo>¯</mml:mo></mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mtext>tgt</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac>
<mml:mo>≥</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>…</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>where we have used the fact that, under the considered common target SNR, it holds that
<disp-formula id="FD16">
<mml:math id="mm42" display="block">
<mml:semantics id="sm42">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>log</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>γ</mml:mi>
<mml:mo>¯</mml:mo></mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mtext>tgt</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac>
<mml:mspace width="3em"/>
<mml:mo>∀</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>∈</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>…</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>From (<xref rid="FD15" ref-type="disp-formula">14</xref>) one obtains, after a few mathematical passages, the following expression for the minimum common target SNR:
<disp-formula id="FD17">
<label>(15)</label>
<mml:math id="mm43" display="block">
<mml:semantics id="sm43">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>γ</mml:mi>
<mml:mo>¯</mml:mo></mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mtext>tgt</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mtext>bal</mml:mtext></mml:mrow></mml:msup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>χ</mml:mi></mml:msup>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>where
<disp-formula id="FD18">
<mml:math id="mm44" display="block">
<mml:semantics id="sm44">
<mml:mrow>
<mml:mi>χ</mml:mi>
<mml:mo>≜</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>max</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>…</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi></mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow>
<mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>If multiple access schemes with uncorrelated sensors are considered, i.e., <italic>ρ</italic> = 0.5, it holds that <italic>H</italic>(<italic>n</italic>) = <italic>n</italic> and, therefore, <italic>H</italic>(<italic>n</italic>) − <italic>H</italic>(<italic>n</italic> − <italic>p</italic>) = <italic>p</italic>. In this case, the minimum target SNR in (<xref rid="FD17" ref-type="disp-formula">15</xref>) reduces to
<disp-formula id="FD19">
<label>(16)</label>
<mml:math id="mm45" display="block">
<mml:semantics id="sm45">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>γ</mml:mi>
<mml:mo>¯</mml:mo></mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mtext>tgt</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mtext>bal</mml:mtext></mml:mrow></mml:msup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msup>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>In other words, the target SNR for each sensor is the minimum SNR which fulfills the Shannon capacity bound for a given rate <italic>r</italic>. Therefore, one can conclude that balancing the SNRs at the AP is optimal. On the other hand, it is straightforward to observe that for <italic>ρ</italic> &gt; 0.5 it follows that <italic>H</italic>(<italic>n</italic>) − <italic>H</italic>(<italic>n</italic> − <italic>p</italic>) &lt; <italic>p</italic>, i.e., <italic>γ̄<sup>(</sup></italic><sup>tgt)−bal</sup> reduces with respect to the value for <italic>ρ</italic> = 0.5, thus allowing the system to reach a feasible point at lower energy consumption. However, in the presence of correlated sources, the above solution might no longer be optimal. This motivates one to investigate another power control strategy, as described in the following paragraph.</p>
<p>We now derive an optimized a transmit power allocation strategy which allows to achieve a feasible operational point at the lowest overall energy cost. In this case, the power control strategy can be cast into the following optimization problem with respect to the unknown vector of link capacities <bold><italic>λ</italic></bold> = (<italic>λ</italic><sub>1</sub>, …, <italic>λ<sub>n</sub></italic>):
<disp-formula id="FD20">
<label>(17)</label>
<mml:math id="mm46" display="block">
<mml:semantics id="sm46">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr columnalign="left">
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mtext>minimize</mml:mtext></mml:mrow>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">λ</mml:mtext></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">λ</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:munderover>
<mml:mo>∑</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msup>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>|</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>α</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow>
<mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow/></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr columnalign="left">
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:mtext>subject to</mml:mtext></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:munderover>
<mml:mo>∑</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi></mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo>≥</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow>
<mml:mspace width="2em"/>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>…</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>…</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo>
<mml:mo>⊆</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>…</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>Once the solution <bold><italic>λ</italic></bold><sup>(tgt)−unbal</sup> of the problem (<xref rid="FD20" ref-type="disp-formula">17</xref>) is computed and recalling that 
<inline-formula>
<mml:math id="mm47">
<mml:semantics id="sm47">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mtext>tgt</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mtext>unbal</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>log</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>γ</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mtext>tgt</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mtext>unbal</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula>, the transmit energy at the <italic>k</italic>-th sensor is allocated as follows:
<disp-formula id="FD21">
<label>(18)</label>
<mml:math id="mm48" display="block">
<mml:semantics id="sm48">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>c</mml:mtext>
<mml:mo>–</mml:mo>
<mml:mtext>unbal</mml:mtext></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>≜</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msubsup>
<mml:mi>λ</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mtext>tgt</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>–</mml:mo>
<mml:mtext>unbal</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msup>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>|</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>α</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow>
<mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mi>γ</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mtext>tgt</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>–</mml:mo>
<mml:mtext>unbal</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>|</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>α</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow>
<mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>The problem (<xref rid="FD20" ref-type="disp-formula">17</xref>) is a convex optimization problem which may be solved using standard convex optimization solvers [<xref ref-type="bibr" rid="b26-sensors-09-08776">26</xref>]. It can be shown that in the case with <italic>ρ</italic> = 0.5 the optimal power control strategy derived in (<xref rid="FD20" ref-type="disp-formula">17</xref>) returns the same target SNR shown in (<xref rid="FD19" ref-type="disp-formula">16</xref>) for all users. Moreover, it is straightforward to observe that in the case of similar links, i.e., when the fading coefficients are the same in all links, the optimized power control strategy in (<xref rid="FD20" ref-type="disp-formula">17</xref>) returns the same solution of the power control strategy (<xref rid="FD15" ref-type="disp-formula">14</xref>). Hence, in this case as well the same target SNR is set for all sensors. In general, however, the optimized power control strategy leads to different target SNRs for the sources.</p>
<p>We now make a comment on the power control strategies described so far. The AP carries out its optimization strategy determining, after solving of (<xref rid="FD15" ref-type="disp-formula">14</xref>) or (<xref rid="FD20" ref-type="disp-formula">17</xref>), the target SNRs <italic>at the receiver</italic> (i.e., at the AP), which correspond to <italic>γ̄</italic><sup>(tgt)−bal</sup> or 
<inline-formula>
<mml:math id="mm49">
<mml:semantics id="sm49">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>γ</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mtext>tgt</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>–</mml:mo>
<mml:mtext>unbal</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula>, respectively. In the following sections, where the performance will be analyzed, we will consider the average SNR <italic>at the transmitters</italic>, which is defined as the arithmetic average of the actual SNRs (after power control) at the transmitters 
<inline-formula>
<mml:math id="mm50">
<mml:semantics id="sm50">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mtext>c</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="true">/</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula>, i.e.,
<disp-formula id="FD22">
<label>(19)</label>
<mml:math id="mm51" display="block">
<mml:semantics id="sm51">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mo>¯</mml:mo></mml:mover>
<mml:mtext>c</mml:mtext></mml:msub></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac>
<mml:mo>≜</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mo>∑</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mtext>c</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>Analyzing the performance as a function of the average SNR at the transmitters will be representative, for a given performance level, of the energy savings brought by each power control strategy.</p>
<p>Before evaluating extensively, through simulations, the performance of the proposed feedback power control strategies in the following section, in <xref ref-type="fig" rid="f3-sensors-09-08776">Figure 3</xref> we show an illustrative comparison, in terms of target SNRs at the AP and at the transmitters, between (a) (ideal) unbalanced SNR and (b) (ideal) balanced SNR feedback power control strategies in a scenario with <italic>n</italic> = 4 sources and <italic>ρ</italic> = 0.95. This is done in order to highlight the difference between the two strategies. In this illustrative example, the fading coefficients (depicted in blue) are distributed as follows: the fading coefficients of the first and second links are lower than 1 (|<italic>α</italic><sup>(1)</sup>|<sup>2</sup> = 0.3 and |<italic>α</italic><sup>(2)</sup>|<sup>2</sup> = 0.6, respectively), i.e., the fading affecting these links is strong, whereas the fading coefficients of the third and fourth links are higher than 1 (|<italic>α</italic><sup>(3)</sup>|<sup>2</sup> = 1.3 and |<italic>α</italic><sup>(4)</sup>|<sup>2</sup> = 2, respectively), i.e., the fading affecting these links is “beneficial.” At this point, we apply the two proposed power control strategies and we show the obtained target SNRs (at the AP) and the corresponding transmit SNRs at the sensors—in all cases, the SNRs are shown in a linear scale.</p>
<list list-type="bullet">
<list-item>
<p>In subfigure (a), we show the results obtained by applying the optimized (unbalanced) power control strategy. The target SNRs at the AP (shown as green bars) are the following: 
<inline-formula>
<mml:math id="mm52">
<mml:semantics id="sm52">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>γ</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mtext>tgt</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mtext>unbal</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>0.24</mml:mn></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula>, 
<inline-formula>
<mml:math id="mm53">
<mml:semantics id="sm53">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>γ</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mtext>tgt</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mtext>unbal</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>0.29</mml:mn></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula>, 
<inline-formula>
<mml:math id="mm54">
<mml:semantics id="sm54">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>γ</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mtext>tgt</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mtext>unbal</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>0.37</mml:mn></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula>, and 
<inline-formula>
<mml:math id="mm55">
<mml:semantics id="sm55">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>γ</mml:mi>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mtext>tgt</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mtext>unbal</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula>. At this point, the target SNRs at the transmitters (depicted in red) become
<disp-formula id="FD23">
<mml:math id="mm56" display="block">
<mml:semantics id="sm56">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>c</mml:mtext>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mtext>unbal</mml:mtext></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>γ</mml:mi>
<mml:mo>¯</mml:mo></mml:mover>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mtext>tgt</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mtext>unbal</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>|</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>α</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow>
<mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>0.8</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>c</mml:mtext>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mtext>unbal</mml:mtext></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>γ</mml:mi>
<mml:mo>¯</mml:mo></mml:mover>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mtext>tgt</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mtext>unbal</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>|</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>α</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow>
<mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>0.48</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>c</mml:mtext>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mtext>unbal</mml:mtext></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>γ</mml:mi>
<mml:mo>¯</mml:mo></mml:mover>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mtext>tgt</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mtext>unbal</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>|</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>α</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow>
<mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>0.28</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>c</mml:mtext>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mtext>unbal</mml:mtext></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>γ</mml:mi>
<mml:mo>¯</mml:mo></mml:mover>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mtext>tgt</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mtext>unbal</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>|</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>α</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow>
<mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>0.5</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>The average target SNR <italic>Ē</italic><sub>c−unbal</sub>/<italic>N</italic><sub>0</sub> at the transmitter is thus equal to 0.51 (dashed horizontal line).</p></list-item>
<list-item>
<p>In subfigure (b), we show the results obtained by applying the balanced SNR power control strategy. The minimum common target SNR at the AP, given by (<xref rid="FD17" ref-type="disp-formula">15</xref>), is 0.45. Therefore, the target SNRs at the transmitters (depicted in red) are the following:
<disp-formula id="FD24">
<mml:math id="mm57" display="block">
<mml:semantics id="sm57">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>c</mml:mtext>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mtext>bal</mml:mtext></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>γ</mml:mi>
<mml:mo>¯</mml:mo></mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mtext>tgt</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mtext>bal</mml:mtext></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>|</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>α</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow>
<mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1.5</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>c</mml:mtext>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mtext>bal</mml:mtext></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>γ</mml:mi>
<mml:mo>¯</mml:mo></mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mtext>tgt</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mtext>bal</mml:mtext></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>|</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>α</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow>
<mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>0.75</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>c</mml:mtext>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mtext>bal</mml:mtext></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>γ</mml:mi>
<mml:mo>¯</mml:mo></mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mtext>tgt</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mtext>bal</mml:mtext></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>|</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>α</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow>
<mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>0.35</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>c</mml:mtext>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mtext>bal</mml:mtext></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>γ</mml:mi>
<mml:mo>¯</mml:mo></mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mtext>tgt</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mtext>bal</mml:mtext></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>|</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>α</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow>
<mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>0.23</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>The average SNR <italic>Ē</italic><sub>c−bal</sub>/<italic>N</italic><sub>0</sub> at the transmitter becomes 0.71 (dashed horizontal line).</p></list-item></list>
<p>The proposed illustrative comparison shows the benefits which can be obtained by properly unbalancing the target SNRs in the various links according to the actual channel conditions. In fact, in both power control strategies, setting the target SNRs at the transmitters as indicated makes the network operational point fall in the feasible SNR region, thus allowing theoretically error-free communications. The unbalanced SNR power control strategy, however, guarantees a given performance level at a lower energy cost than that required by the balanced SNR power control strategy.</p></sec>
<sec>
<label>3.2.</label>
<title>Practical Feedback Power Control Strategies</title>
<p>The proposed feedback power control strategies require that a source might need to increase, in principle, its transmit energy without limit–for instance, this might be the case over a link characterized by an extremely small fading coefficient. Moreover, the proposed power control schemes assume the presence of an ideal communication (transmission and reception) scheme which achieves the system capacity bounds. Therefore, the power allocation strategies proposed so far will lead to reference performance results. In the remainder of this subsection, practical versions of the balanced SNR and unbalanced SNR feedback power control strategies are proposed, such that (i) the sources can adapt their transmit energies within a <italic>limited</italic> range ±Δ<italic>E</italic><sub>max</sub> at quantized steps of width Δ<italic>E</italic><sub>step</sub> and (ii) a proper energy gap, with respect to the ideal operational points, is considered.</p>
<p>For both practical versions of the proposed power control schemes, we assume that each node sends a pilot signal to the AP at a fixed initial SNR defined as follows:
<disp-formula id="FD25">
<label>(20)</label>
<mml:math id="mm58" display="block">
<mml:semantics id="sm58">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>c</mml:mtext>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mtext>start</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac>
<mml:mo>≜</mml:mo>
<mml:mi>δ</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>γ</mml:mi>
<mml:mo>¯</mml:mo></mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mtext>tgt</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mtext>bal</mml:mtext></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>where <italic>γ̄</italic><sup>(tgt)−bal</sup> is the minimum target SNR given by the solution of the optimization problem (<xref rid="FD15" ref-type="disp-formula">14</xref>) according to the balanced SNR power control strategy and <italic>δ &gt;</italic> 1 is a coefficient which takes into account the non-idealities of the receiver (e.g., the suboptimal iterative decoding scheme). In other words, the starting target common SNR at the sensors would guarantee that the network operational point lies in the feasible SNR region in the absence of fading over the communication links. Note that <italic>γ̄</italic><sup>(tgt)−bal</sup> does not depend on the channel gains (as already observed) and, hence, may be assumed to be known at the transmitters—we are also implicitly assuming that the nodes know the variance of the AWGN at the AP. Upon receiving the pilot signals from all nodes, the AP is assumed to perform a perfect estimation of the fading coefficients and, therefore, of the received SNRs over all links:
<disp-formula id="FD26">
<mml:math id="mm59" display="block">
<mml:semantics id="sm59">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>γ</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mi>δ</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>γ</mml:mi>
<mml:mo>¯</mml:mo></mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mtext>tgt</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mtext>bal</mml:mtext></mml:mrow></mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">|</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>α</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup>
<mml:mspace width="2em"/>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>…</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>At this point, the AP compares, over each link, the received SNR with the corresponding target SNR, which depends on the chosen power control strategy. In the case of the balanced SNR power control strategy, the target SNR for the <italic>k</italic>-th source will be <italic>δγ̄</italic><sup>(tgt)−bal</sup> (i.e., the same for all sources); in the case of unbalanced SNR power control strategy, the target SNR will be 
<inline-formula>
<mml:math id="mm60">
<mml:semantics id="sm60">
<mml:mrow>
<mml:mi>δ</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mi>γ</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mtext>tgt</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mtext>unbal</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula>. On the basis of the outcome of this comparison, the AP sends to the <italic>k</italic>-th source a power control command, in terms of required per-symbol energy variation Δ<italic>E</italic><sub>c,<italic>k</italic></sub> (e.g., see <xref rid="fn2-sensors-09-08776" ref-type="fn">note 2</xref>), according to the rule in <xref ref-type="table" rid="t1-sensors-09-08776">Table 1</xref>, where the generic target SNR is denoted as 
<inline-formula>
<mml:math id="mm61">
<mml:semantics id="sm61">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>γ</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mtext>tgt</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula> and depends on the chosen power control strategy, i.e.,
<disp-formula id="FD27">
<mml:math id="mm62" display="block">
<mml:semantics id="sm62">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>γ</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mtext>tgt</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr columnalign="left">
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:mi>δ</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>γ</mml:mi>
<mml:mo>¯</mml:mo></mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mtext>tgt</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mtext>bal</mml:mtext></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:mtext>balanced SNR</mml:mtext></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr columnalign="left">
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:mi>δ</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>γ</mml:mi>
<mml:mo>¯</mml:mo></mml:mover>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mtext>tgt</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mtext>unbal</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:mtext>unbalanced SNR</mml:mtext></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>In particular, we assume that the maximum per-bit energy variation which can be carried out by a source is Δ<italic>E</italic><sub>max</sub> (dimension: [dB]) and that the power control command is quantized with a step of Δ<italic>E</italic><sub>step</sub> (dimension: [dB]). The power control command transmitted back to the sources corresponds to a sequence of bits where each bit is “+1” for an “up” correction (+Δ<italic>E</italic><sub>step</sub>) and “-1” for a “down” correction (−Δ<italic>E</italic><sub>step</sub>). For instance, if the power control command is equal to +5 dB and Δ<italic>E</italic><sub>step</sub> = 1 dB, then the transmitted binary sequence is “+1+1+1+1+1.” The structure of the binary power control commands is shown in the last column of <xref ref-type="table" rid="t1-sensors-09-08776">Table 1</xref>. In the following sections, the presented numerical results will be obtained considering Δ<italic>E</italic><sub>max</sub> = 20 dB and Δ<italic>E</italic><sub>step</sub> = 1 dB. Obviously, should Δ<italic>E</italic><sub>step</sub> → 0 and Δ<italic>E</italic><sub>max</sub> → ∞, the proposed practical power control strategies would reduce to the corresponding power control strategies with unlimited power control range. We assume that the end of the binary sequence operating the command is indicated by a proper end-of-command “flag.” We remark that, since we consider block faded channels, the power control command can be sent only once before each packet transmission.</p>
<p>It is worth noting that the proposed power control scheme compares favorably with classical power control schemes (see, for example, [<xref ref-type="bibr" rid="b27-sensors-09-08776">27</xref>]), where the transmit power is continuously adjusted at fixed rate. By denoting as <italic>T</italic><sub>TPC</sub> the fixed transmit power control interval, classical power control schemes allow to compensate for a time varying fading provided that <italic>T</italic><sub>TPC</sub><italic>f</italic><sub>d</sub> ≪ 1, <italic>f</italic><sub>d</sub> being the fading Doppler frequency. Hence, the power control scheme proposed in this paper may be extended to time-varying channels provided that <italic>T</italic><sub>TPC</sub><italic>f</italic><sub>d</sub> ≪ 1 and the power control command is transmitted continuously during the packet. Obviously, in this case the overloading effect of feedback communications might be relevant and could affect the overall system performance. The extension of the proposed power control scheme to time-varying channels, and the corresponding impact of feedback overloading, is an interesting research direction and will be the subject of future work.</p>
<p>As for the reliability of the feedback power control command, in the presence of quasi-static channels it is reasonable to assume error-free feedback channels. More precisely, this can be obtained by protecting the power control commands through the use of low-rate channel codes, e.g., repetition codes. On the basis of these considerations, in Section 4. we will consider error-free (ideal) feedback channels. However, the impact of noisy feedback channels will be investigated in Subsection 5.2..</p></sec></sec>
<sec sec-type="methods">
<label>4.</label>
<title>Performance Analysis in the Absence of Non-Idealities</title>
<sec>
<label>4.1.</label>
<title>Iterative Joint Channel Decoding at the AP</title>
<p>As described in Section 2., the information sequences are separately encoded using the same channel code (either an LDPC code or a SCCC) and transmitted over the communication links. In all cases, we assume that the common coding rate at the sources is <italic>r</italic> = <italic>L/N</italic> = 1/2. The proposed iterative decoding scheme at the AP is shown in <xref ref-type="fig" rid="f4-sensors-09-08776">Figure 4</xref>, where a channel decoder per source is considered and the trajectory of the iterative decoding process among the <italic>n</italic> component decoders is highlighted. The <italic>i</italic>-th component decoder, denoted as DEC<italic><sub>i</sub></italic> (<italic>i</italic> = 1, …, <italic>n</italic>), receives both the channel logarithmic likelihood ratios (LLRs) and the a priori probabilities obtained by properly processing the soft-output reliability values generated by the other component decoders. This processing/combining operation is carried out in the central block, denoted as “COMB,” where perfect knowledge of the source correlation (i.e., <italic>ρ</italic>) is assumed. At each component subdecoder, each coded sequence is decoded by using classical decoding algorithms; for instance, in the presence of an LDPC code the classical sum-product (SP) algorithm [<xref ref-type="bibr" rid="b28-sensors-09-08776">28</xref>] is used, whereas in the presence of a SCCC turbo decoding, based on the use of the BCJR algorithm [<xref ref-type="bibr" rid="b29-sensors-09-08776">29</xref>], is considered [<xref ref-type="bibr" rid="b30-sensors-09-08776">30</xref>].</p>
<p>Under the assumption of perfect channel state information at the receiver, the channel LLR, relative to the <italic>i</italic>-th observable (<italic>i</italic> ∈ {1, …, <italic>N</italic>}) from the <italic>k</italic>-the node (<italic>k</italic> ∈ {1, …, <italic>n</italic>}), can be expressed as
<disp-formula id="FD28">
<label>(21)</label>
<mml:math id="mm63" display="block">
<mml:semantics id="sm63">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>ℒ</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>ch</mml:mtext></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo>ln</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>∣</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>α</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>∣</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>α</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msubsup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mtext>c</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mo>|</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>α</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow>
<mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>σ</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>where <italic>σ</italic><sup>2</sup> = <italic>N</italic><sub>0</sub>/2. The maximum number of <italic>internal</italic> decoding iterations in each component decoder is denoted as 
<inline-formula>
<mml:math id="mm64">
<mml:semantics id="sm64">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mtext>it</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>int</mml:mo>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mo>max</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula>, and depends on the chosen channel coding (and decoding) scheme (e.g., see <xref rid="fn3-sensors-09-08776" ref-type="fn">note 3</xref>). The a priori information about the correlation between the sources is exploited through an <italic>external</italic> iterative decoding process between the component subdecoders, and this process stops when a maximum number of external iterations (denoted as 
<inline-formula>
<mml:math id="mm65">
<mml:semantics id="sm65">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mtext>it</mml:mtext>
<mml:mtext>ext</mml:mtext></mml:msubsup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula>) is reached.</p>
<p>The total LLR relative to the <italic>i</italic>-th observable at the input of the <italic>k</italic>-th subdecoder can be expressed as follows:
<disp-formula id="FD29">
<mml:math id="mm66" display="block">
<mml:semantics id="sm66">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>ℒ</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>in</mml:mtext></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr columnalign="left">
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>ℒ</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>ch</mml:mtext></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>ℒ</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>ap</mml:mtext></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>…</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr columnalign="left">
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>ℒ</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>ch</mml:mtext></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>…</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>In other words, the LLR of the <italic>i</italic>-th observable associated with an information bit (<italic>i</italic> = 0, …, <italic>L</italic> − 1) includes, besides the channel reliability value given by (<xref rid="FD28" ref-type="disp-formula">21</xref>), the “suggestion” (represented by the soft reliability value 
<inline-formula>
<mml:math id="mm67">
<mml:semantics id="sm67">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>ℒ</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>ap</mml:mtext></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula>) obtained from a posteriori reliability values output by the other decoders. In particular, the a priori component of the LLR at the input of the <italic>k</italic>-th decoder can be written as
<disp-formula id="FD30">
<mml:math id="mm68" display="block">
<mml:semantics id="sm68">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>ℒ</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>ap</mml:mtext></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo>ln</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac>
<mml:mspace width="2em"/>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>…</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>where 
<inline-formula>
<mml:math id="mm69">
<mml:semantics id="sm69">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula> are derived from the soft-output values generated by the other decoders, as follows. In a straightforward manner, one can rewrite 
<inline-formula>
<mml:math id="mm70">
<mml:semantics id="sm70">
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula> as
<disp-formula id="FD31">
<label>(22)</label>
<mml:math id="mm71" display="block">
<mml:semantics id="sm71">
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac>
<mml:munder>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mo>…</mml:mo>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow>
<mml:mo>⏟</mml:mo></mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mspace width="0.2em"/>
<mml:mtext>times</mml:mtext></mml:mrow></mml:munder></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>Using Bayes' theorem [<xref ref-type="bibr" rid="b23-sensors-09-08776">23</xref>], the probability 
<inline-formula>
<mml:math id="mm72">
<mml:semantics id="sm72">
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula> can be expressed as
<disp-formula id="FD32">
<label>(23)</label>
<mml:math id="mm73" display="block">
<mml:semantics id="sm73">
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mo>∑</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>ℓ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo>±</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>ℓ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mo>∑</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>ℓ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo>±</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>∣</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>ℓ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>ℓ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mspace width="2em"/>
<mml:mi>ℓ</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>…</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mo>&amp;</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mi>ℓ</mml:mi>
<mml:mo>≠</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>Approximating the a priori probability 
<inline-formula>
<mml:math id="mm74">
<mml:semantics id="sm74">
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>ℓ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula> in (<xref rid="FD32" ref-type="disp-formula">23</xref>) with the <italic>a posteriori</italic> reliability value, denoted as 
<inline-formula>
<mml:math id="mm75">
<mml:semantics id="sm75">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo>^</mml:mo></mml:mover>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>ℓ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula>, output by the <italic>ℓ</italic>-th decoder (<italic>ℓ</italic> ≠ <italic>k</italic>), from (<xref rid="FD32" ref-type="disp-formula">23</xref>) one obtains:
<disp-formula id="FD33">
<mml:math id="mm76" display="block">
<mml:semantics id="sm76">
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>≃</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mo>∑</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>ℓ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo>±</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>∣</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>ℓ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo>^</mml:mo></mml:mover>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>ℓ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mspace width="2em"/>
<mml:mi>ℓ</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>…</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mo>&amp;</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mi>ℓ</mml:mi>
<mml:mo>≠</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>where
<disp-formula id="FD34">
<mml:math id="mm77" display="block">
<mml:semantics id="sm77">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo>^</mml:mo></mml:mover>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>ℓ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr columnalign="left">
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>ℒ</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>out</mml:mtext></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>ℓ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>ℒ</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>out</mml:mtext></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>ℓ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:mtext>if</mml:mtext>
<mml:mspace width="0.2em"/>
<mml:msubsup>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>ℓ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr columnalign="left">
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>ℒ</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>out</mml:mtext></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>ℓ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:mtext>if</mml:mtext>
<mml:mspace width="0.2em"/>
<mml:msubsup>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>ℓ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>where 
<inline-formula>
<mml:math id="mm78">
<mml:semantics id="sm78">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>ℒ</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>out</mml:mtext></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>ℓ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula> is the soft-output a posteriori reliability on the <italic>i</italic>-th bit generated by the <italic>ℓ</italic>-th decoder. At this point, we evaluate the conditional probability 
<inline-formula>
<mml:math id="mm79">
<mml:semantics id="sm79">
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>∣</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>ℓ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula> in (<xref rid="FD32" ref-type="disp-formula">23</xref>) d the <italic>a priori</italic> distribution (rather than a posteriori reliability values). By applying Bayes' theorem, it follows that
<disp-formula id="FD35">
<mml:math id="mm80" display="block">
<mml:semantics id="sm80">
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>∣</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>ℓ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>ℓ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>ℓ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>ℓ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>where we have used the fact that 
<inline-formula>
<mml:math id="mm81">
<mml:semantics id="sm81">
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>ℓ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>ℓ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula>, since the BPSK symbols are supposed to be <italic>a priori</italic> equiprobable. Finally, the probability in (<xref rid="FD31" ref-type="disp-formula">22</xref>) can be approximated as follows:
<disp-formula id="FD36">
<label>(24)</label>
<mml:math id="mm82" display="block">
<mml:semantics id="sm82">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:munder>
<mml:mo>∑</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo>±</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mo>⋯</mml:mo>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mo>∑</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo>±</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mo>∑</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo>±</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mo>⋯</mml:mo>
<mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow>
<mml:munder>
<mml:mo>∑</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo>±</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow/></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>≃</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac>
<mml:munderover>
<mml:mo>∑</mml:mo>
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>ℓ</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>ℓ</mml:mi>
<mml:mo>≠</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:munder>
<mml:mo>∑</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>ℓ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo>±</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munder>
<mml:munder>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo>^</mml:mo></mml:mover>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>ℓ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>⏟</mml:mo></mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mtext>from decoder</mml:mtext>
<mml:mspace width="0.2em"/>
<mml:mi>ℓ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:munder>
<mml:mo>⋅</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo>^</mml:mo></mml:mover>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>ℓ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>⏟</mml:mo></mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mtext>a priori source correl</mml:mtext>
<mml:mo>.</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:munder></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>where 
<inline-formula>
<mml:math id="mm83">
<mml:semantics id="sm83">
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>ℓ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>∣</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula> can be obtained by marginalization of the <italic>n</italic>-th dimensional a-priori joint PMF 
<inline-formula>
<mml:math id="mm84">
<mml:semantics id="sm84">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>…</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula> of the information sequences at the input of the sources (e.g., see <xref rid="fn4-sensors-09-08776" ref-type="fn">note 4</xref>). The intuition behind (<xref rid="FD36" ref-type="disp-formula">24</xref>) consists in modifying the input a priori probability of a single bit by taking into account, through a weighed average, the reliability values (on the same bit) generated by the other decoders. In particular, the weight of the reliability value generated by the <italic>ℓ</italic>-th decoder is given by the joint a priori probability between the <italic>k</italic>-th and <italic>ℓ</italic>-th decoders.</p>
<p>It is immediate to observe that the proposed iterative JCD scheme has a complexity (measured in terms of basic operations, such as additions and multiplications) which, for a single external iteration, is a linear function of the number <italic>n</italic> of sources. In fact, there is a component decoder per source, so that there are <italic>n</italic> component decoders. The complexity required by each decoder, denoted as 
<inline-graphic xlink:href="sensors-09-08776i2.gif"/><sub>dec</sub>, depends on the specific decoding algorithm under use, namely the SP algorithm in the presence of LDPC coding or the BCJR algorithm in the presence of the SCCC. In both cases, the decoding complexity is linearly dependent on the number <italic>N</italic> of coded bits, i.e., one can write 
<inline-graphic xlink:href="sensors-09-08776i2.gif"/><sub>dec</sub> = <italic>N</italic>
<inline-graphic xlink:href="sensors-09-08776i2.gif"/><sub>dec−bit</sub>, where 
<inline-graphic xlink:href="sensors-09-08776i2.gif"/><sub>dec−bit</sub> is the decoding complexity “per coded bit.” Finally, at the input of each decoder one needs to consider a proper combination of the LLRs on the information bits output by the other <italic>n</italic> − 1 decoders. This combination has a complexity which depends linearly on the number <italic>L</italic> of information bits per sequence. Indicating as 
<inline-graphic xlink:href="sensors-09-08776i2.gif"/><sub>LLR</sub> the complexity required to combine 2 LLRs, one can assume that the complexity required to combine <italic>n</italic> − 1 LLRs, relative to corresponding <italic>n</italic> − 1 bits at the same epoch, is on the order of <italic>n</italic>
<inline-graphic xlink:href="sensors-09-08776i2.gif"/><sub>LLR</sub>. Therefore, recalling that the number of external iterations is 
<inline-formula>
<mml:math id="mm85">
<mml:semantics id="sm85">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>it</mml:mtext></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>ext</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula>, the overall complexity, denoted as 
<inline-graphic xlink:href="sensors-09-08776i2.gif"/>, can be written as
<disp-formula id="FD37">
<mml:math id="mm86" display="block">
<mml:semantics id="sm86">
<mml:mrow>
<mml:mtext mathvariant="script">C</mml:mtext>
<mml:mo>∼</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mtext>it</mml:mtext>
<mml:mtext>ext</mml:mtext></mml:msubsup>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="script">C</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mtext>dec</mml:mtext>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mtext>bit</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="script">C</mml:mtext>
<mml:mtext>LLR</mml:mtext></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>where we use the symbol ∼ to loosely indicate “on the order of.” Since <italic>L</italic> = <italic>Nr</italic>, where <italic>r</italic> is the transmitting rate, the complexity can finally be expressed as follows:
<disp-formula id="FD38">
<mml:math id="mm87" display="block">
<mml:semantics id="sm87">
<mml:mrow>
<mml:mtext mathvariant="script">C</mml:mtext>
<mml:mo>∼</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mtext>it</mml:mtext>
<mml:mtext>ext</mml:mtext></mml:msubsup>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="script">C</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mtext>dec</mml:mtext>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mtext>bit</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="script">C</mml:mtext>
<mml:mtext>LLR</mml:mtext></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>As one can see, the complexity depends linearly on the number of external decoding iterations at the AP and on the sequence length, but it has a quadratic dependence on the number <italic>n</italic> of sources.</p>
<p>We remark that the above complexity level is realistic in the presence of digitization and decoding. In the case of real sources, one should perform more complicated (and computationally heavier) marginalization process to convert bit probabilities into symbol probabilities, and vice versa (see, for example, [<xref ref-type="bibr" rid="b22-sensors-09-08776">22</xref>]). In this scenario, one could consider alternative schemes where real-valued phenomena are quantized and transmitted without resorting to channel coding/decoding and where detection and signal reconstruction are performed jointly on a single factor graph, as proposed in [<xref ref-type="bibr" rid="b31-sensors-09-08776">31</xref>].</p></sec>
<sec sec-type="results">
<label>4.2.</label>
<title>Numerical Results</title>
<p>In LDPC-coded scenarios, each of the source sequences is encoded using (i) a regular (3,6) LDPC code or (ii) an irregular LDPC code with double diagonal (DD) square submatrix in the parity check matrix [<xref ref-type="bibr" rid="b14-sensors-09-08776">14</xref>]. The DD LDPC code provides a sort of implicit “differential encoding” effect which is in agreement with the design guidelines, presented in [<xref ref-type="bibr" rid="b32-sensors-09-08776">32</xref>], for channel codes to be used in multiple access schemes. Both LDPC codes have a rate equal to 1/2 and <italic>L</italic> = 1000. Each component LDPC decoder at the AP performs a maximum number 
<inline-formula>
<mml:math id="mm88">
<mml:semantics id="sm88">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>it</mml:mtext></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>int</mml:mo>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mo>max</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>50</mml:mn></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula> of internal iterations, whereas the fixed number 
<inline-formula>
<mml:math id="mm89">
<mml:semantics id="sm89">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>it</mml:mtext></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>ext</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula> of external iterations between the decoders is set to 20. The LDPC codes are constructed in a <italic>random</italic> fashion, according to the following algorithm, which exploits an idea similar to the progressive edge growth (PEG) algorithm presented in [<xref ref-type="bibr" rid="b33-sensors-09-08776">33</xref>]. Some potential connections, denoted as <italic>sockets</italic>, are drawn for all the variable and check nodes. Then, for each variable node a socket is randomly chosen, among all the free sockets at the check nodes, and the connection is added only if a <italic>cycle</italic> of a given (or lower) length is not created. In our case, the checked cycle length is equal to 6 for the regular LDPC code, whereas it is 4 for the DD LDPC code.</p>
<p>In turbo-like coded scenarios, we consider a SCCC given by the concatenation, through a bit random interleaver, of an outer convolutional code with an inner convolutional code [<xref ref-type="bibr" rid="b34-sensors-09-08776">34</xref>]. The decoder is based on a message passing (turbo decoding) algorithm, such that the extrinsic information is iteratively passed between the inner and the outer soft-input soft-output (SISO) decoders for a predefined number <italic>n</italic><sub>it</sub> of iterations. The presence of a priori information coming from other decoders can be easily taken into account by feeding the a priori probabilities of information bits to the input of the outer SISO decoder in the form of LLRs. We consider the SCCC proposed in [<xref ref-type="bibr" rid="b25-sensors-09-08776">25</xref>], which has been shown to perform very well in a scenario with JCD. More specifically, the SCCC is constituted by an outer 8-state rate-1/2 non-systematic and recursive convolutional code characterized by the following generator matrix:
<disp-formula id="FD39">
<mml:math id="mm90" display="block">
<mml:semantics id="sm90">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>outer</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>and by an inner 8-state rate-1/2 systematic and recursive code with the following generator matrix:
<disp-formula id="FD40">
<label>(25)</label>
<mml:math id="mm91" display="block">
<mml:semantics id="sm91">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>inner</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>The outer code is then punctured to obtain a rate equal to 3/4, while the inner code is punctured to obtain a rate equal to 2/3, so that the total rate of the SCCC is 1/2. The puncturing matrix <italic>P</italic><sub>o</sub> for the rate 3/4 outer code is
<disp-formula id="FD41">
<mml:math id="mm92" display="block">
<mml:semantics id="sm92">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mtext>o</mml:mtext></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>which punctures (or erases) one third of the parity bits. The puncturing matrix <italic>P</italic><sub>i</sub> for the rate-2/3 inner code is
<disp-formula id="FD42">
<label>(26)</label>
<mml:math id="mm93" display="block">
<mml:semantics id="sm93">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mtext>i</mml:mtext></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>which erases one half of the parity bits. In both outer and inner convolutional codes, the systematic bits are not punctured. In this case, each component decoder performs a fixed number 
<inline-formula>
<mml:math id="mm94">
<mml:semantics id="sm94">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>it</mml:mtext></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>int</mml:mtext>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mtext>max</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>10</mml:mn></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula> of internal iterations, whereas the fixed number 
<inline-formula>
<mml:math id="mm95">
<mml:semantics id="sm95">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>it</mml:mtext></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>ext</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula> of external iterations between the decoders is set to 5 (e.g., see <xref rid="fn5-sensors-09-08776" ref-type="fn">note 5</xref>).</p>
<p>In all cases (LDPC-coded and SCCCed), we directly compare scenarios without feedback power control (W/o PC) and with feedback power control (W PC). Moreover, in the W PC case the performance is evaluated considering the two proposed power control strategies (balanced SNR and unbalanced SNR) and different values of the number <italic>n</italic> of sources (namely 2, 3, and 4). The maximum energy correction Δ<italic>E</italic><sub>max</sub> is set to 20 dB and <italic>ρ</italic> is set to 0.95. We have performed other simulations for different values of <italic>ρ</italic> and found similar results to those presented in this paper for values of <italic>ρ</italic> higher than 0.8. The value Δ<italic>E</italic><sub>max</sub> = 20 dB makes the improvement brought by the use of feedback power control strategies noticeable. Obviously, when Δ<italic>E</italic><sub>max</sub> decreases, this improvement reduces. The results presented in the following are obtained through computer simulations and collected by considering increasing values of the energy gap <italic>δ</italic>: for each value of <italic>δ</italic> we run a set of simulations for both balanced SNR and unbalanced SNR power control schemes. At the end of each simulation, we evaluate the average actual SNR at the sensors (after feedback power control), denoted as <italic>Ē</italic><sub>c</sub>/<italic>N</italic><sub>0</sub>, considering all <italic>n</italic> data flows and all fading realizations. Together with <italic>Ē</italic><sub>c</sub>/<italic>N</italic><sub>0</sub>, we also evaluate the average bit error rate (BER) and the outage probability (denoted as <italic>P</italic><sub>O</sub>). As for the average SNR, the average BER is evaluated by averaging over all <italic>n</italic> data flows and all fading generations. Concerning the outage probability, an outage event occurs when at least one bit in at least one of the <italic>n</italic> packets from the sources to the AP is in error. The outage probability is thus evaluated by averaging the numbers of outage events over all fading generations.</p>
<p>In <xref ref-type="fig" rid="f5-sensors-09-08776">Figure 5</xref>, the average BER is shown, as a function of the average SNR at the sources, considering (a) regular LDPC-coded schemes, (b) DD LDPC-coded schemes, and (c) SCCCed schemes. The performance in the presence of the balanced SNR power control strategy is compared with that associated to the absence of power control. First, one can observe that, as expected, the use of feedback power control allows to significantly improve the performance with respect to scenarios without its use. As expected, when the number of sources increases, the BER reduces, since there exists a large number of communication links and, consequently, the high BER at the output of the strongly faded links can be partially lowered thanks to the reliable a-priori information coming from the soft-output decoders associated with the other sources which experience less faded links. When power control is considered, three different operating regions can be identified. For low values of the SNR, the performance of feedback power control schemes is worse than that without power control, since the transmit power is not sufficient to reduce the BER. Then, there exists an intermediate SNR region, with waterfall-like BER, where the system is able to (almost) completely compensate the faded communication links and, therefore, the performance is mainly limited by the error correction capabilities of the channel code. For large SNR, the slope of the BER curves decreases. In fact, in this operating region the performance is mainly limited by the fading fluctuations which do not allow to achieve the desired SNR, on account of the limited power control dynamics. Hence, the slope of the curves with power control is essentially the same of that with no power control and one can conclude that the unbalanced SNR power control strategy is not effective.</p>
<p>In <xref ref-type="fig" rid="f6-sensors-09-08776">Figure 6</xref>, the average BER is shown, as a function of the average SNR at the sources, considering (a) regular LDPC-coded schemes, (b) DD LDPC-coded schemes, and (c) SCCCed schemes. Both balanced SNR and unbalanced SNR power control strategies are considered. Motivated by the derivation in the previous sections, the unbalanced power control strategy is expected to guarantee, at a given SNR, a performance better than that with balanced SNR power control strategy. However, this effect can be slightly perceived when a regular LDPC code is used, whereas the gain becomes more evident when a DD LDPC code and, even more, a SCCC are used. In particular, the SCCC, in the presence of unbalanced SNR power control, allows to achieve a gain of more than 1 dB in the BER waterfall region with respect to the other two coding schemes. This significant impact of the designed channel code is in agreement with the information theoretic results presented in [<xref ref-type="bibr" rid="b25-sensors-09-08776">25</xref>]. Indeed, the SCCC is shown to achieve a feasible SNR region larger than those of the LDPC codes and, therefore, it can exploit better the potential benefits brought by the use of the unbalanced SNR power control strategy, which is designed for an ideal scenario.</p>
<p>In <xref ref-type="fig" rid="f7-sensors-09-08776">Figure 7</xref>, the outage probability is shown, as a function of the average SNR at the sources, considering (a) regular LDPC-coded schemes, (b) DD LDPC-coded schemes, and (c) SCCCed schemes. The performance in the presence of the balanced SNR power control is compared with that associated to the absence of power control. Considerations similar to those carried out for the average BER still hold. In this case, however, a significant difference can be highlighted with respect to the performance in terms of average BER. In fact, the outage probability increases when the number of sources <italic>n</italic> increases (e.g., from 2 to 4). This is due to the fact that when the number of sources and, consequently, of transmitted packets increases, it is more likely that at least a bit is in error. On the other hand, if the outage probability is the performance metric of interest, the beneficial presence of a-priori information from the other (less faded) links is less noticeable than in the BER-based analysis, and the worst link dominates.</p>
<p>In <xref ref-type="fig" rid="f8-sensors-09-08776">Figure 8</xref>, the outage probability is shown, as a function of the average SNR at the sources, considering (a) regular LDPC-coded schemes, (b) DD LDPC-coded schemes, and (c) SCCCed schemes. Both balanced SNR and unbalanced SNR power control strategies are considered. In this case as well, SCCC-based schemes exploit better the gain brought by the use of unbalanced SNR power control with respect to the schemes with balanced SNR power control. However, when an LDPC-based scheme is considered, this gain drastically reduces and it may happen that the unbalanced SNR power control strategy leads to a slightly worse performance.</p></sec></sec>
<sec>
<label>5.</label>
<title>On the Robustness of the Proposed Feedback Power Control Strategies</title>
<p>In this section, we investigate the robustness of the proposed feedback power control strategies against possible non-idealities. In particular, we analyze the performance in the presence of (i) mutual interference between the transmitting nodes (i.e., when the multiple access links are not perfectly orthogonal) and (ii) noisy feedback channels. Without loss of generality, a simple illustrative scenario with <italic>n</italic> = 2 correlated sources is considered, using either DD LDPC coding or SCCCing. However, the obtained conclusions hold also for scenarios with more than two sources.</p>
<sec>
<label>5.1.</label>
<title>Non-Orthogonal Links: Multiple Access Interference</title>
<p>In order to investigate the impact of non-orthogonality between the communication links, we consider the presence of mutual interference between the transmitted signals. Since an accurate characterization of the multiple access interference is beyond the scope of this paper, the residual interference is simply modeled as AWGN. Under this assumption, referring to <xref rid="FD4" ref-type="disp-formula">equation (3)</xref>, the real observable at the AP after matched filtering and carrier-phase estimation can be expressed as
<disp-formula id="FD43">
<label>(27)</label>
<mml:math id="mm96" display="block">
<mml:semantics id="sm96">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">|</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>α</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mtext>c</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msqrt>
<mml:msubsup>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>η</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mspace width="2em"/>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>…</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mspace width="2em"/>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>…</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>where 
<inline-formula>
<mml:math id="mm97">
<mml:semantics id="sm97">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula> is a Gaussian random variable with zero mean and variance <italic>I<sub>k</sub></italic>/2, where
<disp-formula id="FD44">
<label>(28)</label>
<mml:math id="mm98" display="block">
<mml:semantics id="sm98">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>≜</mml:mo>
<mml:mi>ɛ</mml:mi>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mo>∑</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>≠</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">|</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>α</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mtext>c</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>and <italic>ε</italic> ∈ [0, 1] is a proper interference rejection factor. Note that the Gaussian model for the mutual interference applies accurately to non-orthogonal CDMA multiple access schemes, where <italic>ε</italic> is the inverse of the spreading gain [<xref ref-type="bibr" rid="b35-sensors-09-08776">35</xref>] (e.g., see <xref rid="fn6-sensors-09-08776" ref-type="fn">note 6</xref>). In general, we use <italic>ε</italic> to quantify the level of mutual interference: the higher <italic>ε</italic>, the higher the multiple access interference, i.e., the less orthogonal the links. In the following, the definition of average SNR at the sources will remain that given by (<xref rid="FD22" ref-type="disp-formula">19</xref>), i.e., it will not take into account the interference. Therefore, for very large values of the average SNR, the only surviving noise contribution will be due to the residual interference.</p>
<p>In <xref ref-type="fig" rid="f9-sensors-09-08776">Figure 9</xref>, the average BER is shown, as a function of the average SNR at the sources, in a scenario with non-orthogonal links, considering: (a) DD LDPC-coded schemes and (b) SCCCed schemes. Two possible values for <italic>ε</italic> are used: (i) 0.1 (moderate interference) and (ii) 0.3 (strong interference). As a reference, the curves relative to the case with orthogonal links (<italic>ε</italic> = 0) are also shown. As expected, the higher is <italic>ε</italic>, the worse is the performance, since data transmissions are affected by a larger amount of residual interference. Moreover, the unbalanced SNR power control strategy allows to obtain a performance better than that associated with the balanced SNR power control strategy for all considered values of <italic>ε</italic>. This effect is clearly visible in the BER waterfall region for the LDPC code, whereas it is evident at all SNRs with the SCCC, in agreement with the observation that this code is more effective in JCD schemes [<xref ref-type="bibr" rid="b25-sensors-09-08776">25</xref>]. However, a relevant difference, with respect to the ideal case, can be observed in the presence of strong multiple access interference, namely with <italic>ε</italic> = 0.3. In fact, in this case the performance with balanced SNR power control worsens for increasing values of the average SNR. This is due to the fact that for large SNR the noise is basically due only to the multiple access interference. In this scenario, trying to equalize the SNRs in the two links might reverse the levels of mutual interference (from the first source to the second and vice-versa), without eliminating it. On the other hand, in the presence of unbalanced SNR power control this performance degradation, for increasing SNR, is very limited. This means that the unbalanced SNR power control strategy is more robust against multiple access interference. Finally, for <italic>ε</italic> = 0.3 the performance with the LDPC code is better than that with the SCCC. This suggests that channel code optimization, in the presence of multiple access interference, remains an open problem.</p>
<p>In <xref ref-type="fig" rid="f10-sensors-09-08776">Figure 10</xref>, the outage probability is shown, as a function of the average SNR at the sources, in a scenario with non-orthogonal links, considering: (a) DD LDPC-coded schemes and (b) SCCCed schemes. As before, two possible values for <italic>ε</italic> are used: (i) 0.1 (moderate interference) and (ii) 0.3 (strong interference). The same considerations carried out considering the average BER still hold and, therefore, the proposed optimized unbalanced SNR power control strategy is effective for all considered values of <italic>ε</italic>. Moreover, the choice of the channel code is important to guarantee a desirable performance level in high interference scenarios.</p></sec>
<sec>
<label>5.2.</label>
<title>Noisy Feedback Channels</title>
<p>Referring to the feedback power control commands (given by binary sequences) described in Section 3., we assume that each bit of the “up/down” binary sequence can be “flipped” with probability <italic>P</italic><sub>e−fb</sub>. In other words, the noisy feedback links are modeled as binary symmetric channels (BSCs). Therefore, the source nodes receive power control commands which may differ from those sent by the AP. For instance, suppose that a +5 dB power control command, coded as the binary sequence “+1+1+1+1+1,” is transmitted by the AP to a source and two bits are flipped by the feedback channel, so that the command received by the source is “+1-1+1+1-1.” In this case, the received power control command is interpreted (simply by following the up/down commands) as +1 dB.</p>
<p>In <xref ref-type="fig" rid="f11-sensors-09-08776">Figure 11</xref>, the average BER is shown, as a function of the average SNR at the sources, in a scenario with noisy feedback channels, considering: (a) DD LDPC-coded schemes and (b) SCCCed schemes. Two possible values for <italic>P</italic><sub>e−fb</sub> are considered: (i) 0.02 and (ii) 0.1. First, one can observe that for all values of <italic>P</italic><sub>e−fb</sub> the unbalanced SNR power control strategy allows to obtain better performance than the balanced SNR power control strategy. In particular, in the waterfall BER region the unbalanced SNR power control strategy guarantees a noticeable performance gain with respect to the balanced SNR power control strategy. This gain reduces for large values of the SNR and, in the LDPC-coded scenario, the curves tend to overlap. This is due to the fact that the LDPC code does not effectively exploit the source correlation in the JCD algorithm. Moreover, as expected, the higher is the probability of error in the feedback channels, the worse is the performance. In particular, this effect is more pronounced for SCCCed schemes than for LDPC-coded schemes, since the SCCC better exploits the source correlation.</p>
<p>In <xref ref-type="fig" rid="f12-sensors-09-08776">Figure 12</xref>, the outage probability is shown, as a function of the average SNR at the sources, in a scenario with noisy feedback channels, considering the same schemes of <xref ref-type="fig" rid="f11-sensors-09-08776">Figure 11</xref>. The same considerations carried out on the basis of the average BER performance still hold and, therefore, the proposed optimized unbalanced SNR power control strategy is effective for all values of <italic>P</italic><sub>fb</sub>. Moreover, the LDPC code and the SCCC tend to behave similarly.</p></sec></sec>
<sec>
<label>6.</label>
<title>Extension to Scenarios with Fusion: CEO Problem</title>
<p>So far we have been considering general scenarios where the sources are correlated. A particular case of these scenarios can be observed when the <italic>n</italic> nodes correspond to sensors which observe noisy versions of the same phenomenon. The problem of detecting the single phenomenon is usually referred to as CEO problem. In particular, we assume that the same phenomenon is observed through <italic>independent</italic> BSCs with the same cross-over probability given by <italic>ρ</italic>. In this case, the correlation model between the information sequences at the input of the <italic>n</italic> sensors coincide with the correlation model considered for the derivation of the JCD schemes with feedback power control presented in Section 4..</p>
<p>Under the assumption of a single common source, we consider the scheme shown in <xref ref-type="fig" rid="f13-sensors-09-08776">Figure 13</xref>. In this case, our goal is to use the soft-output values generated by the decoders, i.e., the LLRs at the outputs of the single component decoders, in order to estimate the sequence at the output of the common source. Note that the proposed overall scheme is given by the cascade of the multiple access scheme with feedback power control discussed in the previous sections (which remains unchanged) and a <italic>fusion</italic> block. In particular, both the two proposed (balanced SNR and unbalanced SNR) power control strategies can be directly applied. Therefore, comparing their performance in a CEO setting is meaningful and interesting.</p>
<p>In the remainder of this section, we first derive the fusion rule to be used in the corresponding block, and then we investigate the performance of the feedback power control strategies in the presence of information fusion.</p>
<sec>
<label>6.1.</label>
<title>Fusion Rule</title>
<p>Denote as
<disp-formula id="FD45">
<mml:math id="mm99" display="block">
<mml:semantics id="sm99">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">ℒ</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>ℒ</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>…</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>ℒ</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mspace width="3em"/>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>…</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>the vector of LLRs, relative to <bold><italic>x</italic></bold><italic><sub>i</sub></italic>, at the output of the <italic>n</italic> decoders. In order to estimate <italic>b<sub>i</sub></italic>, we consider the following maximum a posteriori (MAP) fusion rule:
<disp-formula id="FD46">
<label>(29)</label>
<mml:math id="mm100" display="block">
<mml:semantics id="sm100">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>^</mml:mo></mml:mover>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>≜</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mtext>arg max</mml:mtext>
<mml:mspace width="0.2em"/></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munder>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>∣</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">ℒ</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>The MAP strategy (<xref rid="FD46" ref-type="disp-formula">29</xref>) can be rewritten, by using the total probability theorem, as
<disp-formula id="FD47">
<label>(30)</label>
<mml:math id="mm101" display="block">
<mml:semantics id="sm101">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>^</mml:mo></mml:mover>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mtext>arg max</mml:mtext>
<mml:mspace width="0.2em"/></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munder>
<mml:munder>
<mml:mo>∑</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mo mathvariant="bold-italic">x</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>∣</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">ℒ</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mo mathvariant="bold-italic">x</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mo mathvariant="bold-italic">x</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>∣</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">ℒ</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>where 
<inline-formula>
<mml:math id="mm102">
<mml:semantics id="sm102">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mo mathvariant="bold-italic">x</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>…</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula> are the noisy binary observations, relative to the <italic>i</italic>-th information symbol <italic>b<sub>i</sub></italic>, at the inputs of the sensors and the sum in (<xref rid="FD47" ref-type="disp-formula">30</xref>) is carried out over all possible 2<italic><sup>L</sup></italic> configurations for <italic><bold>x</bold><sub>i</sub></italic>. Using the definition of conditional probability and the chain rule, the first probability at the right-hand side of (<xref rid="FD47" ref-type="disp-formula">30</xref>) can be written as
<disp-formula id="FD48">
<label>(31)</label>
<mml:math id="mm103" display="block">
<mml:semantics id="sm103">
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>∣</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">ℒ</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mo mathvariant="bold-italic">x</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">ℒ</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mo mathvariant="bold-italic">x</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">ℒ</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mo mathvariant="bold-italic">x</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">ℒ</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>∣</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mo mathvariant="bold-italic">x</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mo mathvariant="bold-italic">x</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>∣</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">ℒ</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>∣</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mo mathvariant="bold-italic">x</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mo mathvariant="bold-italic">x</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>Since <bold>ℒ</bold><italic><sub>i</sub></italic> depend only on <bold><italic>x</italic></bold><italic><sub>i</sub></italic>, owing to the considered JCD scheme, it follows that
<disp-formula id="FD49">
<mml:math id="mm104" display="block">
<mml:semantics id="sm104">
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">ℒ</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>∣</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mo mathvariant="bold-italic">x</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">ℒ</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>∣</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mo mathvariant="bold-italic">x</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>Moreover, since <italic>P</italic>(<italic>b<sub>i</sub></italic> = 0) = <italic>P</italic>(<italic>b<sub>i</sub></italic> = 1) = 1/2, from (<xref rid="FD48" ref-type="disp-formula">31</xref>) one obtains
<disp-formula id="FD50">
<mml:math id="mm105" display="block">
<mml:semantics id="sm105">
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>∣</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">ℒ</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mo mathvariant="bold-italic">x</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mo mathvariant="bold-italic">x</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>∣</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mo mathvariant="bold-italic">x</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mo mathvariant="bold-italic">x</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>∣</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mo>∑</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mo mathvariant="bold-italic">x</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>∣</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msup>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>At this point, we assume that the second probability at the right-hand side of (<xref rid="FD47" ref-type="disp-formula">30</xref>) can be expressed as
<disp-formula id="FD51">
<label>(32)</label>
<mml:math id="mm106" display="block">
<mml:semantics id="sm106">
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mo mathvariant="bold-italic">x</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>∣</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">ℒ</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:munderover>
<mml:mo>∏</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>∣</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>ℒ</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula><xref rid="FD51" ref-type="disp-formula">Equation (32)</xref> corresponds to assuming that the a posteriori probability of the <italic>i</italic>-th symbol at the input of the <italic>j</italic>-th source, i.e., 
<inline-formula>
<mml:math id="mm107">
<mml:semantics id="sm107">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula>, depends only on the LLR, at the same epoch, generated by the corresponding decoder, i.e., 
<inline-formula>
<mml:math id="mm108">
<mml:semantics id="sm108">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>ℒ</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula>. In other words, we assume that the a posteriori probability of 
<inline-formula>
<mml:math id="mm109">
<mml:semantics id="sm109">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula> does not depend on the other LLRs. This is reasonable, since the proposed JCD scheme exploits the existing correlation between the sources. Therefore, the LLR 
<inline-formula>
<mml:math id="mm110">
<mml:semantics id="sm110">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>ℒ</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula> already “embeds” the contribution from the other decoders. We remark that, in the presence of a different (e.g., non-iterative) JCD scheme, this assumption might have to be reconsidered.</p>
<p>Finally, the fusion rule (<xref rid="FD47" ref-type="disp-formula">30</xref>) becomes
<disp-formula id="FD52">
<label>(33)</label>
<mml:math id="mm111" display="block">
<mml:semantics id="sm111">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>^</mml:mo></mml:mover>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mtext>arg max</mml:mtext>
<mml:mspace width="0.2em"/></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munder>
<mml:munder>
<mml:mo>∑</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mo mathvariant="bold-italic">x</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:munder>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mo mathvariant="bold-italic">x</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>∣</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mo>∑</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mo mathvariant="bold-italic">x</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>∣</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msup>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow>
<mml:mo stretchy="true">⏟</mml:mo></mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mtext>from the correlation model</mml:mtext></mml:mrow></mml:munder></mml:mrow>
<mml:munder>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:munderover>
<mml:mo>∏</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>∣</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>ℒ</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow>
<mml:mo stretchy="true">⏟</mml:mo></mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mtext>from LLRs</mml:mtext></mml:mrow></mml:munder></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>where we have highlighted that each addendum of the outer sum can be expressed as a product of two terms: the first one depends only on the correlation between the observations 
<inline-formula>
<mml:math id="mm112">
<mml:semantics id="sm112">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula>, whereas the second one depends only on the LLRs, i.e., on the iterative JCD scheme. The probability of decision error on a single bit can then be written as
<disp-formula id="FD53">
<label>(34)</label>
<mml:math id="mm113" display="block">
<mml:semantics id="sm113">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mtext>e</mml:mtext></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="true">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>^</mml:mo></mml:mover>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>∣</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>^</mml:mo></mml:mover>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo>∣</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo stretchy="true">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>The evaluation of the <italic>average</italic> probability of decision error can be carried out through simulations, by averaging out over all transmitted packets.</p>
<p>It is of interest to evaluate the probability of decision error when the channel SNR becomes very high. In this case, in fact, the iterative JCD scheme allows to recover perfectly the effectively transmitted sequence, denoted as 
<inline-formula>
<mml:math id="mm114">
<mml:semantics id="sm114">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mo mathvariant="bold-italic">x</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>corr</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula>. Therefore, it follows that:
<disp-formula id="FD54">
<mml:math id="mm115" display="block">
<mml:semantics id="sm115">
<mml:mrow>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mtext>lim</mml:mtext></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mo>¯</mml:mo></mml:mover>
<mml:mtext>c</mml:mtext></mml:msub>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>→</mml:mo>
<mml:mo>∞</mml:mo></mml:mrow></mml:munder>
<mml:mspace width="0.4em"/>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="true">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:munderover>
<mml:mo>∏</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>∣</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>ℒ</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow>
<mml:mo stretchy="true">]</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="true">{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mtext>if</mml:mtext>
<mml:mspace width="0.2em"/>
<mml:msub>
<mml:mo mathvariant="bold-italic">x</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mo mathvariant="bold-italic">x</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>corr</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mtext>if</mml:mtext>
<mml:mspace width="0.2em"/>
<mml:msub>
<mml:mo mathvariant="bold-italic">x</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>≠</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mo mathvariant="bold-italic">x</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>corr</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>and the fusion rule (<xref rid="FD52" ref-type="disp-formula">33</xref>) becomes
<disp-formula id="FD55">
<label>(35)</label>
<mml:math id="mm116" display="block">
<mml:semantics id="sm116">
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>^</mml:mo></mml:mover>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mtext>arg max</mml:mtext>
<mml:mspace width="0.2em"/></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munder>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mo mathvariant="bold-italic">x</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>corr</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>∣</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mo>∑</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mo mathvariant="bold-italic">x</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>corr</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>∣</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msup>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mtext>arg max</mml:mtext>
<mml:mspace width="0.2em"/></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munder>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mo mathvariant="bold-italic">x</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>corr</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>∣</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>Denoting 
<inline-formula>
<mml:math id="mm117">
<mml:semantics id="sm117">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mtext>b</mml:mtext></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mtext>b</mml:mtext></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mo mathvariant="bold-italic">x</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>corr</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula> as the number of zeros in 
<inline-formula>
<mml:math id="mm118">
<mml:semantics id="sm118">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mo mathvariant="bold-italic">x</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>corr</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula>, the probability 
<inline-formula>
<mml:math id="mm119">
<mml:semantics id="sm119">
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mo mathvariant="bold-italic">x</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>corr</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>∣</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula> in (<xref rid="FD55" ref-type="disp-formula">35</xref>) can be written, according to the correlation model presented in (2.1.), as follows:
<disp-formula id="FD56">
<label>(36)</label>
<mml:math id="mm120" display="block">
<mml:semantics id="sm120">
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mo mathvariant="bold-italic">x</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>corr</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>∣</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>ρ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mtext>b</mml:mtext></mml:msub></mml:mrow></mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mi>ρ</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mtext>b</mml:mtext></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mtext>if </mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>ρ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mtext>b</mml:mtext></mml:msub></mml:mrow></mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mi>ρ</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mtext>b</mml:mtext></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mtext>if </mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>By using (<xref rid="FD56" ref-type="disp-formula">36</xref>), the decision strategy (<xref rid="FD55" ref-type="disp-formula">35</xref>) becomes
<disp-formula id="FD57">
<mml:math id="mm121" display="block">
<mml:semantics id="sm121">
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mo mathvariant="bold-italic">x</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>corr</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>∣</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:mover>
<mml:mo>&gt;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>^</mml:mo></mml:mover>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:munder>
<mml:mo>&lt;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>^</mml:mo></mml:mover>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munder></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mo mathvariant="bold-italic">x</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>corr</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>∣</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>ρ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mtext>b</mml:mtext></mml:msub></mml:mrow></mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mi>ρ</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mtext>b</mml:mtext></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:mover>
<mml:mo>&gt;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>^</mml:mo></mml:mover>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:munder>
<mml:mo>&lt;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>^</mml:mo></mml:mover>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munder></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>ρ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mtext>b</mml:mtext></mml:msub></mml:mrow></mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mi>ρ</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mtext>b</mml:mtext></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mi>ρ</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mtext>b</mml:mtext></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:mover>
<mml:mo>&gt;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>^</mml:mo></mml:mover>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:munder>
<mml:mo>&lt;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>^</mml:mo></mml:mover>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munder></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>from which one finally obtains:
<disp-formula id="FD58">
<mml:math id="mm122" display="block">
<mml:semantics id="sm122">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mtext>b</mml:mtext></mml:msub>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mover>
<mml:mo>&gt;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>^</mml:mo></mml:mover>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:munder>
<mml:mo>&lt;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>^</mml:mo></mml:mover>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:munder></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable>
<mml:mrow>
<mml:mo>⌊</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow>
<mml:mo>⌋</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>Note that if <italic>n</italic><sub>b</sub> = [<italic>n</italic>/2] (this can happen only if <italic>n</italic> is even), the decision has to be randomly taken. In this case, we arbitrarily assume that <italic>b̂<sub>i</sub></italic> = 1. Observing that
<disp-formula id="FD59">
<mml:math id="mm123" display="block">
<mml:semantics id="sm123">
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mtext>b</mml:mtext></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>∣</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mspace width="0.5em"/>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mspace width="0.5em"/>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mspace width="0.2em"/>
<mml:msup>
<mml:mi>ρ</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>ρ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mtext>b</mml:mtext></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>∣</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mspace width="0.5em"/>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mspace width="0.5em"/>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>ρ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mi>ρ</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:semantics></mml:math></disp-formula>the following limits hold:
<disp-formula id="FD60">
<mml:math id="mm124" display="block">
<mml:semantics id="sm124">
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>lim</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mo>¯</mml:mo></mml:mover>
<mml:mtext>c</mml:mtext></mml:msub>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>→</mml:mo>
<mml:mo>∞</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munder>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>^</mml:mo></mml:mover>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>∣</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mspace width="0.2em"/>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mtext>b</mml:mtext></mml:msub>
<mml:mo>&lt;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>⌊</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow>
<mml:mo>⌋</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>∣</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:munderover>
<mml:mo>∑</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>⌊</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow>
<mml:mo>⌋</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mi>n</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mspace width="0.2em"/>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>ρ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mi>ρ</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>lim</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mo>¯</mml:mo></mml:mover>
<mml:mtext>c</mml:mtext></mml:msub>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>→</mml:mo>
<mml:mo>∞</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munder>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>^</mml:mo></mml:mover>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>∣</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mspace width="0.2em"/>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mtext>b</mml:mtext></mml:msub>
<mml:mo>≥</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>⌊</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow>
<mml:mo>⌋</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>∣</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:munderover>
<mml:mo>∑</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>⌊</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow>
<mml:mo>⌋</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:munderover>
<mml:mspace width="0.4em"/>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mi>n</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mspace width="0.2em"/>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>ρ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mi>ρ</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>Finally, the limiting value (for large channel SNR) of the probability of decision error (<xref rid="FD53" ref-type="disp-formula">34</xref>) becomes
<disp-formula id="FD61">
<label>(37)</label>
<mml:math id="mm125" display="block">
<mml:semantics id="sm125">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>e</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>lim</mml:mo></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo>≜</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>lim</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mo>¯</mml:mo></mml:mover>
<mml:mtext>c</mml:mtext></mml:msub>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>→</mml:mo>
<mml:mo>∞</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munder>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mtext>e</mml:mtext></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac>
<mml:mspace width="0.2em"/>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:munderover>
<mml:mo>∑</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>⌊</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow>
<mml:mo>⌋</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover>
<mml:mspace width="0.4em"/>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mi>n</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mspace width="0.2em"/>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>ρ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mi>ρ</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:msup></mml:mrow>
<mml:mspace width="0.2em"/>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:munderover>
<mml:mo>∑</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>⌊</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow>
<mml:mo>⌋</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:munderover>
<mml:mspace width="0.4em"/>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mi>n</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mspace width="0.2em"/>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>ρ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mi>ρ</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>The limiting probability of decision error in (<xref rid="FD61" ref-type="disp-formula">37</xref>) corresponds to the probability of decision error in the presence of majority fusion, as typically observed in the realm of distributed detection [<xref ref-type="bibr" rid="b36-sensors-09-08776">36</xref>], and does not depend on the channel SNR. Therefore, the probability (<xref rid="FD61" ref-type="disp-formula">37</xref>) corresponds to a floor. Moreover, the final expression, at the right-hand side of (<xref rid="FD61" ref-type="disp-formula">37</xref>), shows that the limiting probability of decision error <italic>does not</italic> depend on the particular channel code under use. However, as it will be shown in the following subsection, the chosen channel code will affect the behavior of the probability of decision error above the limiting floor. In particular, the channel code will influence the “speed” at which the floor is reached, i.e., the channel SNR at which the probability of decision error practically converges to the floor.</p></sec>
<sec sec-type="results">
<label>6.2.</label>
<title>Numerical Results</title>
<p>In <xref ref-type="fig" rid="f14-sensors-09-08776">Figure 14</xref>, the limiting probability of decision error is shown, as a function of the correlation coefficient. Different values for the number of sensors <italic>n</italic> are considered. One can note that the higher is the correlation coefficient, the lower is the floor, since the correlation is better exploited and it is easier to recover the original information bit. Moreover, note that the majority decision rule does not improve when <italic>n</italic> increases from an odd value (e.g., 3) to the next even value (4). Therefore, no performance improvement is observed.</p>
<p>In <xref ref-type="fig" rid="f15-sensors-09-08776">Figure 15</xref>, the probability of decision error (<xref rid="FD61" ref-type="disp-formula">37</xref>) is shown, as a function of the average SNR at the sources, for the CEO problem in a scenario with <italic>n</italic> = 3 sensors and considering (a) regular LDPC-coded schemes, (b) DD LDPC-coded schemes, and (c) SCCCed schemes. The performance in the presence of balanced SNR and unbalanced SNR power control strategies is compared with that in the absence of power control. As anticipated from the previous subsection, all curves reach, for large values of <italic>Ē</italic><sub>c</sub>/<italic>N</italic><sub>0</sub>, the BER floor given by (<xref rid="FD61" ref-type="disp-formula">37</xref>). Moreover, there is a difference, with respect to the results presented for non-CEO scenarios (i.e., the previously considered multiple access scheme), in the behavior of balanced SNR and unbalanced SNR power control strategies. In fact, in non-CEO scenarios the unbalanced SNR power control strategy guarantees a better performance, in terms of average BER or the outage probability, than the balanced SNR power control strategy only when an SCCC is usedm but not is an LDPC code is under use. In a CEO scenario, instead, the unbalanced SNR power control strategy allows to achieve the limiting floor faster (i.e., for lower SNRs) than the balanced SNR power control strategy in all scenarios (both SCCCed or LDPC coded).</p></sec></sec>
<sec>
<label>7.</label>
<title>Concluding Remarks</title>
<p>In this paper, we have derived feedback power control strategies and evaluated their impacts on the performance of block-faded multiple access schemes with JCD. In all cases, the use of feedback power control is expedient to set the network operational point in the feasible SNR region. First, we have derived a classical power control strategy which tries to equalize the link SNRs at the AP. Then, we have derived an innovative optimized feedback power control strategy, which allows the system operational point to lie in the feasible SNR region at the lowest overall transmit energy cost. In this case, the SNRs are typically unbalanced. Our results show that both feedback power control strategies significantly improve the performance, with respect to schemes without power control. In particular, the unbalanced SNR feedback power control strategy guarantees a performance better than that with the balanced SNR power control strategy, and this is more pronounced when a proper channel code is used (namely, a properly designed SCCC). We have then analyzed the robustness of the proposed power control strategies in the presence of non-idealities, in terms of residual multiple access interference and noisy feedback channels. Our results show that even in non-ideal scenarios the best feedback power control strategy is to unbalance the target SNRs. Finally, we have applied the proposed feedback power control strategies to a limiting case of the considered multiple access scheme, obtaining a CEO scenario where the <italic>n</italic> sensors make noisy observations of a common binary source. In this case, we have derived a proper fusion rule, at the AP, to be applied after power control. We have then shown that, for increasing SNR at the sensors, a limiting probability of decision error (i.e., a floor) is asymptotically reached, regardless of the channel code and feedback power control strategy under use. The feedback power control strategy, however, has an impact on the “speed,” i.e., the minimum SNR, at which this floor is reached.</p></sec></body>
<back>
<ref-list>
<title>References</title>
<ref id="b1-sensors-09-08776"><label>1.</label><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Akyildiz</surname><given-names>I.</given-names></name><name><surname>Su</surname><given-names>W.</given-names></name><name><surname>Sankarasubramaniam</surname><given-names>Y.</given-names></name><name><surname>Cayirci</surname><given-names>E.</given-names></name></person-group><article-title>A survey on sensor networks</article-title><source>IEEE Commun. Mag.</source><year>2002</year><volume>40</volume><fpage>102</fpage><lpage>114</lpage></citation></ref>
<ref id="b2-sensors-09-08776"><label>2.</label><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Gupta</surname><given-names>P.</given-names></name><name><surname>Kumar</surname><given-names>P.</given-names></name></person-group><article-title>The capacity of wireless networks</article-title><source>IEEE Trans. Inform. Theory</source><year>2000</year><volume>46</volume><fpage>388</fpage><lpage>404</lpage><pub-id pub-id-type="doi">10.1109/18.825799</pub-id></citation></ref>
<ref id="b3-sensors-09-08776"><label>3.</label><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Gamal</surname><given-names>H.E.</given-names></name></person-group><article-title>On the scaling laws of dense wireless sensor networks: the data gathering channel</article-title><source>IEEE Trans. Inform. Theory</source><year>2005</year><volume>51</volume><fpage>1229</fpage><lpage>1234</lpage><pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TIT.2004.842563</pub-id></citation></ref>
<ref id="b4-sensors-09-08776"><label>4.</label><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Barros</surname><given-names>J.</given-names></name><name><surname>Servetto</surname><given-names>S.D.</given-names></name></person-group><article-title>Network information flow with correlated sources</article-title><source>IEEE Trans. Inform. Theory</source><year>2006</year><volume>52</volume><fpage>155</fpage><lpage>170</lpage><pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TIT.2005.860435</pub-id></citation></ref>
<ref id="b5-sensors-09-08776"><label>5.</label><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Shamai</surname><given-names>S.</given-names></name><name><surname>Verdù</surname><given-names>S.</given-names></name></person-group><article-title>Capacity of channels with uncoded side information</article-title><source>European Trans. Telecommun.</source><year>1995</year><volume>6</volume><fpage>587</fpage><lpage>600</lpage><pub-id pub-id-type="doi">10.1002/ett.4460060514</pub-id></citation></ref>
<ref id="b6-sensors-09-08776"><label>6.</label><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Slepian</surname><given-names>D.</given-names></name><name><surname>Wolf</surname><given-names>J.K.</given-names></name></person-group><article-title>Noiseless coding of correlated information sources</article-title><source>IEEE Trans. Inform. Theory</source><year>1973</year><volume>19</volume><fpage>471</fpage><lpage>480</lpage><pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TIT.1973.1055037</pub-id></citation></ref>
<ref id="b7-sensors-09-08776"><label>7.</label><citation citation-type="confproc"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Aaron</surname><given-names>A.</given-names></name><name><surname>Girod</surname><given-names>B.</given-names></name></person-group><article-title>Compression with Side Information Using Turbo Codes</article-title><conf-name>Proceedings of IEEE Data Compression Conference</conf-name><conf-loc>Snowbird, UT, USA</conf-loc><conf-date>April 2002</conf-date><fpage>252</fpage><lpage>261</lpage></citation></ref>
<ref id="b8-sensors-09-08776"><label>8.</label><citation citation-type="confproc"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Bajcsy</surname><given-names>J.</given-names></name><name><surname>Mitran</surname><given-names>P.</given-names></name></person-group><article-title>Coding for the Slepian-Wolf Problem with Turbo Codes</article-title><conf-name>Proceedings of IEEE Global Telecommun Conference</conf-name><conf-loc>San Antonio, TX, USA</conf-loc><conf-date>November 2001</conf-date><volume>2</volume><fpage>1400</fpage><lpage>1404</lpage></citation></ref>
<ref id="b9-sensors-09-08776"><label>9.</label><citation citation-type="confproc"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Deslauriers</surname><given-names>I.</given-names></name><name><surname>Bajcsy</surname><given-names>J.</given-names></name></person-group><article-title>Serial Turbo Coding for Data Compression and the Slepian-Wolf Problem</article-title><conf-name>Proceedings of IEEE Information Theory Workshop</conf-name><conf-loc>Paris, France</conf-loc><conf-date>March 2003</conf-date><fpage>296</fpage><lpage>299</lpage></citation></ref>
<ref id="b10-sensors-09-08776"><label>10.</label><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Xiong</surname><given-names>Z.</given-names></name><name><surname>Liveris</surname><given-names>A.D.</given-names></name><name><surname>Cheng</surname><given-names>S.</given-names></name></person-group><article-title>Distributed source coding for sensor networks</article-title><source>IEEE Signal Processing Mag.</source><year>2004</year><volume>21</volume><fpage>80</fpage><lpage>94</lpage><pub-id pub-id-type="doi">10.1109/MSP.2004.1328091</pub-id></citation></ref>
<ref id="b11-sensors-09-08776"><label>11.</label><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Garcia-Frias</surname><given-names>J.</given-names></name><name><surname>Zhao</surname><given-names>Y.</given-names></name></person-group><article-title>Compression of correlated binary sources using turbo codes</article-title><source>IEEE Commun. Lett.</source><year>2001</year><volume>5</volume><fpage>417</fpage><lpage>419</lpage><pub-id pub-id-type="doi">10.1109/4234.957380</pub-id></citation></ref>
<ref id="b12-sensors-09-08776"><label>12.</label><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Daneshgaran</surname><given-names>F.</given-names></name><name><surname>Laddomada</surname><given-names>M.</given-names></name><name><surname>Mondin</surname><given-names>M.</given-names></name></person-group><article-title>Iterative joint channel decoding of correlated sources employing serially concatenated convolutional codes</article-title><source>IEEE Trans. Inform. Theory</source><year>2005</year><volume>51</volume><fpage>2721</fpage><lpage>2731</lpage><pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TIT.2005.850220</pub-id></citation></ref>
<ref id="b13-sensors-09-08776"><label>13.</label><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Muramatsu</surname><given-names>J.</given-names></name><name><surname>Uyematsu</surname><given-names>T.</given-names></name><name><surname>Wadayama</surname><given-names>T.</given-names></name></person-group><article-title>Low-density parity-check matrices for coding of correlated sources</article-title><source>IEEE Trans. Inform. Theory</source><year>2005</year><volume>51</volume><fpage>3645</fpage><lpage>3654</lpage><pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TIT.2005.855604</pub-id></citation></ref>
<ref id="b14-sensors-09-08776"><label>14.</label><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Daneshgaran</surname><given-names>F.</given-names></name><name><surname>Laddomada</surname><given-names>M.</given-names></name><name><surname>Mondin</surname><given-names>M.</given-names></name></person-group><article-title>LDPC-based channel coding of correlated sources with iterative joint decoding</article-title><source>IEEE Trans. Commun.</source><year>2006</year><volume>54</volume><fpage>577</fpage><lpage>582</lpage><pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TCOMM.2006.873062</pub-id></citation></ref>
<ref id="b15-sensors-09-08776"><label>15.</label><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Garcia-Frias</surname><given-names>J.</given-names></name><name><surname>Zhao</surname><given-names>Y.</given-names></name><name><surname>Zhong</surname><given-names>W.</given-names></name></person-group><article-title>Turbo-like codes for transmission of correlated sources over noisy channels</article-title><source>IEEE Signal Processing Mag.</source><year>2007</year><volume>24</volume><fpage>58</fpage><lpage>66</lpage></citation></ref>
<ref id="b16-sensors-09-08776"><label>16.</label><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Shannon</surname><given-names>C.E.</given-names></name></person-group><article-title>The zero-error capacity of a noisy channel</article-title><source>IRE Trans. Inform. Theory</source><year>1956</year><volume>2</volume><fpage>8</fpage><lpage>19</lpage><pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TIT.1956.1056798</pub-id></citation></ref>
<ref id="b17-sensors-09-08776"><label>17.</label><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Gaarder</surname><given-names>T.</given-names></name><name><surname>Wolf</surname><given-names>J.K.</given-names></name></person-group><article-title>The capacity region of a multiple-access channel can increase with feedback</article-title><source>IEEE Trans. Inform. Theory</source><year>1975</year><volume>21</volume><fpage>100</fpage><lpage>102</lpage><pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TIT.1975.1055312</pub-id></citation></ref>
<ref id="b18-sensors-09-08776"><label>18.</label><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Cover</surname><given-names>T.M.</given-names></name><name><surname>Leung</surname><given-names>C.S.K.</given-names></name></person-group><article-title>A rate region for the multiple access channel with feedback</article-title><source>IEEE Trans. Inform. Theory</source><year>1981</year><volume>27</volume><fpage>292</fpage><lpage>298</lpage><pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TIT.1981.1056357</pub-id></citation></ref>
<ref id="b19-sensors-09-08776"><label>19.</label><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Murugan</surname><given-names>A.D.</given-names></name><name><surname>Gopala</surname><given-names>P.K.</given-names></name><name><surname>El-Gamal</surname><given-names>H.</given-names></name></person-group><article-title>Correlated sources over wireless channels: Cooperative source-channel coding</article-title><source>IEEE J. Select. Areas Commun.</source><year>2004</year><volume>22</volume><fpage>988</fpage><lpage>998</lpage><pub-id pub-id-type="doi">10.1109/JSAC.2004.830889</pub-id></citation></ref>
<ref id="b20-sensors-09-08776"><label>20.</label><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Ong</surname><given-names>L.</given-names></name><name><surname>Motani</surname><given-names>M.</given-names></name></person-group><article-title>Coding strategies for multiple-access channels with feedback and correlated sources</article-title><source>IEEE Trans. Inform. Theory</source><year>2007</year><volume>53</volume><fpage>3476</fpage><lpage>3497</lpage><pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TIT.2007.904968</pub-id></citation></ref>
<ref id="b21-sensors-09-08776"><label>21.</label><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Berger</surname><given-names>T.</given-names></name><name><surname>Zhen</surname><given-names>Z.</given-names></name><name><surname>Viswanathan</surname><given-names>H.</given-names></name></person-group><article-title>The CEO problem</article-title><source>IEEE Trans. Inform. Theory</source><year>1996</year><volume>42</volume><fpage>887</fpage><lpage>902</lpage><pub-id pub-id-type="doi">10.1109/18.490552</pub-id></citation></ref>
<ref id="b22-sensors-09-08776"><label>22.</label><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Zhao</surname><given-names>Y.</given-names></name><name><surname>Garcia-Frias</surname><given-names>J.</given-names></name></person-group><article-title>Joint estimation and compression of correlated nonbinary sources using punctured turbo codes</article-title><source>IEEE Trans. Commun.</source><year>2005</year><volume>53</volume><fpage>385</fpage><lpage>390</lpage><pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TCOMM.2005.843414</pub-id></citation></ref>
<ref id="b23-sensors-09-08776"><label>23.</label><citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Papoulis</surname><given-names>A.</given-names></name></person-group><source>Probability, Random Variables and Stochastic Processes</source><publisher-name>McGraw-Hill</publisher-name><publisher-loc>New York, NY, USA</publisher-loc><year>1991</year></citation></ref>
<ref id="b24-sensors-09-08776"><label>24.</label><citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Cover</surname><given-names>T.M.</given-names></name><name><surname>Thomas</surname><given-names>J.A.</given-names></name></person-group><source>Elements of Information Theory</source><publisher-name>John Wiley &amp; Sons</publisher-name><publisher-loc>New York, NY, USA</publisher-loc><year>1991</year></citation></ref>
<ref id="b25-sensors-09-08776"><label>25.</label><citation citation-type="confproc"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Abrardo</surname><given-names>A.</given-names></name><name><surname>Ferrari</surname><given-names>G.</given-names></name><name><surname>Martalò</surname><given-names>M.</given-names></name><name><surname>Franceschini</surname><given-names>M.</given-names></name><name><surname>Raheli</surname><given-names>R.</given-names></name></person-group><article-title>Optimizing Channel Coding for Orthogonal Multiple Access Schemes with Correlated Sources</article-title><conf-name>Proceedings of Information Theory and Applications Workshop (ITA 2009)</conf-name><conf-loc>San Diego, CA, USA</conf-loc><conf-date>February 2009</conf-date></citation></ref>
<ref id="b26-sensors-09-08776"><label>26.</label><citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Boyd</surname><given-names>S.</given-names></name><name><surname>Vandenberghe</surname><given-names>L.</given-names></name></person-group><source>Convex Optimization</source><publisher-name>Cambridge University Press</publisher-name><publisher-loc>Cambridge, UK</publisher-loc><year>2004</year></citation></ref>
<ref id="b27-sensors-09-08776"><label>27.</label><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Abrardo</surname><given-names>A.</given-names></name><name><surname>Giambene</surname><given-names>G.</given-names></name><name><surname>Sennati</surname><given-names>D.</given-names></name></person-group><article-title>Optimization of power control parameters for DS-CDMA cellular systems</article-title><source>IEEE Trans. Commun.</source><year>2001</year><volume>49</volume><fpage>1415</fpage><lpage>1424</lpage><pub-id pub-id-type="doi">10.1109/26.939877</pub-id></citation></ref>
<ref id="b28-sensors-09-08776"><label>28.</label><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Kschischang</surname><given-names>F.R.</given-names></name><name><surname>Frey</surname><given-names>B.J.</given-names></name><name><surname>Loeliger</surname><given-names>H.A.</given-names></name></person-group><article-title>Factor graphs and the sum-product algorithm</article-title><source>IEEE Trans. Inform. Theory</source><year>2001</year><volume>47</volume><fpage>498</fpage><lpage>519</lpage><pub-id pub-id-type="doi">10.1109/18.910572</pub-id></citation></ref>
<ref id="b29-sensors-09-08776"><label>29.</label><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Bahl</surname><given-names>L.R.</given-names></name><name><surname>Cocke</surname><given-names>J.</given-names></name><name><surname>Jelinek</surname><given-names>F.</given-names></name><name><surname>Raviv</surname><given-names>J.</given-names></name></person-group><article-title>Optimal decoding of linear codes for minimizing symbol error rate</article-title><source>IEEE Trans. Inform. Theory</source><year>1974</year><volume>20</volume><fpage>284</fpage><lpage>287</lpage></citation></ref>
<ref id="b30-sensors-09-08776"><label>30.</label><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Berrou</surname><given-names>C.</given-names></name><name><surname>Glavieux</surname><given-names>A.</given-names></name></person-group><article-title>Near optimum error correcting coding and decoding: turbo-codes</article-title><source>IEEE Trans. Commun.</source><year>1996</year><volume>44</volume><fpage>1261</fpage><lpage>1271</lpage><pub-id pub-id-type="doi">10.1109/26.539767</pub-id></citation></ref>
<ref id="b31-sensors-09-08776"><label>31.</label><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Barros</surname><given-names>J.</given-names></name><name><surname>Tuechler</surname><given-names>M.</given-names></name></person-group><article-title>Scalable decoding on factor trees: A practical solution for sensor networks</article-title><source>IEEE Trans. Commun.</source><year>2006</year><volume>54</volume><fpage>284</fpage><lpage>294</lpage></citation></ref>
<ref id="b32-sensors-09-08776"><label>32.</label><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Abrardo</surname><given-names>A.</given-names></name></person-group><article-title>Performance bounds and codes design criteria for channel decoding with a-priori information</article-title><source>IEEE Trans. Wireless Commun.</source><year>2009</year><volume>8</volume><fpage>608</fpage><lpage>612</lpage><pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TWC.2009.071247</pub-id></citation></ref>
<ref id="b33-sensors-09-08776"><label>33.</label><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Hu</surname><given-names>X.</given-names></name><name><surname>Eleftheriou</surname><given-names>E.</given-names></name><name><surname>Arnold</surname><given-names>D.</given-names></name></person-group><article-title>Regular and irregular progressive edge-growth tanner graphs</article-title><source>IEEE Trans. Inform. Theory</source><year>2005</year><volume>51</volume><fpage>386</fpage><lpage>398</lpage><pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TIT.2004.839541</pub-id></citation></ref>
<ref id="b34-sensors-09-08776"><label>34.</label><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Benedetto</surname><given-names>S.</given-names></name><name><surname>Divsalar</surname><given-names>D.</given-names></name><name><surname>Montorsi</surname><given-names>G.</given-names></name><name><surname>Pollara</surname><given-names>F.</given-names></name></person-group><article-title>Serial concatenation of interleaved codes: performance analysis, design, and iterative decoding</article-title><source>IEEE Trans. Inform. Theory</source><year>1998</year><volume>44</volume><fpage>909</fpage><lpage>926</lpage><pub-id pub-id-type="doi">10.1109/18.669119</pub-id></citation></ref>
<ref id="b35-sensors-09-08776"><label>35.</label><citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Viterbi</surname><given-names>A.J.</given-names></name></person-group><source>Principles of Spread Spectrum Communications</source><publisher-name>Addison-Wesley</publisher-name><publisher-loc>Boston, MA, USA</publisher-loc><year>1995</year></citation></ref>
<ref id="b36-sensors-09-08776"><label>36.</label><citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Varshney</surname><given-names>P.K.</given-names></name></person-group><source>Distributed Detection and Data Fusion</source><publisher-name>Springer-Verlag</publisher-name><publisher-loc>New York, NY, USA</publisher-loc><year>1997</year></citation></ref></ref-list>
<sec sec-type="display-objects">
<title>Figures and Table</title>
<fig id="f1-sensors-09-08776" position="float">
<label>Figure 1.</label>
<caption>
<p>Multiple access scheme with feedback.</p></caption>
<graphic xlink:href="sensors-09-08776f1.gif"/></fig>
<fig id="f2-sensors-09-08776" position="float">
<label>Figure 2.</label>
<caption>
<p>Feasible region in a scenario with two sources and <italic>ρ</italic> = 0.95.</p></caption>
<graphic xlink:href="sensors-09-08776f2.gif"/></fig>
<fig id="f3-sensors-09-08776" position="float">
<label>Figure 3.</label>
<caption>
<p>Illustrative comparison, in terms of target SNRs at the AP and at the transmitters, between (a) ideal unbalanced SNR and (b) ideal balanced SNR feedback power control strategies in a scenario with <italic>n</italic> = 4 sources and <italic>ρ</italic> = 0.95.</p></caption>
<graphic xlink:href="sensors-09-08776f3.gif"/></fig>
<fig id="f4-sensors-09-08776" position="float">
<label>Figure 4.</label>
<caption>
<p>Iterative JCD scheme at the AP in the presence of <italic>n</italic> sources.</p></caption>
<graphic xlink:href="sensors-09-08776f4.gif"/></fig>
<fig id="f5-sensors-09-08776" position="float">
<label>Figure 5.</label>
<caption>
<p>Average BER, as a function of the average SNR at the sources, considering: (a) regular LDPC-coded schemes, (b) DD LDPC-coded schemes, and (c) SCCCed schemes. The performance in the presence of the balanced SNR power control strategy is compared with that associated to the absence of power control.</p></caption>
<graphic xlink:href="sensors-09-08776f5.gif"/></fig>
<fig id="f6-sensors-09-08776" position="float">
<label>Figure 6.</label>
<caption>
<p>Average BER, as a function of the average SNR at the sources, considering: (a) regular LDPC-coded schemes, (b) DD LDPC-coded schemes, and (c) SCCCed schemes. Both balanced SNR and unbalanced SNR power control strategies are considered.</p></caption>
<graphic xlink:href="sensors-09-08776f6.gif"/></fig>
<fig id="f7-sensors-09-08776" position="float">
<label>Figure 7.</label>
<caption>
<p>Outage probability, as a function of the average SNR at the sources, considering: (a) regular LDPC-coded schemes, (b) DD LDPC-coded schemes, and (c) SCCCed schemes. The performance in the presence of the balanced SNR power control strategy is compared with that associated with the absence of power control.</p></caption>
<graphic xlink:href="sensors-09-08776f7.gif"/></fig>
<fig id="f8-sensors-09-08776" position="float">
<label>Figure 8.</label>
<caption>
<p>Outage probability, as a function of the average SNR at the sources, considering: (a) regular LDPC-coded schemes, (b) DD LDPC-coded schemes, and (c) SCCCed schemes. Both balanced SNR and unbalanced SNR power control strategies are considered.</p></caption>
<graphic xlink:href="sensors-09-08776f8.gif"/></fig>
<fig id="f9-sensors-09-08776" position="float">
<label>Figure 9.</label>
<caption>
<p>Average BER, as a function of the average SNR at the sources, in a scenario with non-orthogonal links, considering: (a) DD LDPC-coded schemes and (b) SCCCed schemes. Two possible values for <italic>ε</italic> are considered: (i) 0.1 and (ii) 0.3.</p></caption>
<graphic xlink:href="sensors-09-08776f9.gif"/></fig>
<fig id="f10-sensors-09-08776" position="float">
<label>Figure 10.</label>
<caption>
<p>Outage probability, as a function of the average SNR at the sources, in a scenario with non-orthogonal links, considering: (a) DD LDPC-coded schemes and (b) SCCCed schemes. Two possible values for <italic>ε</italic> are considered: (i) 0.1 and (ii) 0.3.</p></caption>
<graphic xlink:href="sensors-09-08776f10.gif"/></fig>
<fig id="f11-sensors-09-08776" position="float">
<label>Figure 11.</label>
<caption>
<p>Average BER, as a function of the average SNR at the sources, in a scenario with noisy feedback channels, considering: (a) DD LDPC-coded schemes and (b) SCCCed schemes. Two possible values for <italic>P</italic><sub>e−fb</sub> are considered: (i) 0.02 and (ii) 0.1.</p></caption>
<graphic xlink:href="sensors-09-08776f11.gif"/></fig>
<fig id="f12-sensors-09-08776" position="float">
<label>Figure 12.</label>
<caption>
<p>Outage probability, as a function of the average SNR at the sources, in a scenario with noisy feedback channels, considering: (a) DD LDPC-coded schemes and (b) SCCCed schemes. Two possible values for <italic>P</italic><sub>e−fb</sub> are considered: (i) 0.02 and (ii) 0.1.</p></caption>
<graphic xlink:href="sensors-09-08776f12.gif"/></fig>
<fig id="f13-sensors-09-08776" position="float">
<label>Figure 13.</label>
<caption>
<p>CEO scenario: multiple access scheme followed by fusion.</p></caption>
<graphic xlink:href="sensors-09-08776f13.gif"/></fig>
<fig id="f14-sensors-09-08776" position="float">
<label>Figure 14.</label>
<caption>
<p>Limiting (for large SNR) probability of decision error as a function of the correlation coefficient, for the CEO scenario. Different values for the number of sensors <italic>n</italic> are considered.</p></caption>
<graphic xlink:href="sensors-09-08776f14.gif"/></fig>
<fig id="f15-sensors-09-08776" position="float">
<label>Figure 15.</label>
<caption>
<p>Error probability, as a function of the average SNR at the sources, for the CEO problem in a scenario with <italic>n</italic> = 3 sensors and considering: (a) regular LDPC-coded schemes, (b) DD LDPC-coded schemes, and (c) SCCCed schemes. The performance in the presence of balanced SNR and unbalanced SNR power control strategies is compared with that associated to the absence of power control.</p></caption>
<graphic xlink:href="sensors-09-08776f15.gif"/></fig>
<table-wrap id="t1-sensors-09-08776" position="float">
<label>Table 1.</label>
<caption>
<p>Practical feedback power control commands and energy corrections. The maximum energy correction is denoted as Δ<italic>E</italic><sub>max</sub> (dimension: [dB]) and the minimum energy correction step is Δ<italic>E</italic><sub>step</sub> (dimension: [dB]).</p></caption>
<table frame="box" rules="cols">
<thead>
<tr>
<th align="center" valign="top"><italic>γ<sub>k</sub></italic><break/>[dB]</th>
<th align="center" valign="top">Δ<italic>E<sub>c</sub>,<sub>k</sub></italic><break/>[dB]</th>
<th align="center" valign="top">Binary Feedback Command</th></tr></thead>
<tbody>
<tr>
<td align="center" valign="top" colspan="3">
<hr/></td></tr>
<tr>
<td align="center" valign="top">
<mml:math id="mm126">
<mml:semantics id="sm126">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>γ</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mtext>tgt</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mo>Δ</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="italic">E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>max</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mo>Δ</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="italic">E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>step</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mo>∞</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></td>
<td align="center" valign="top">−Δ<italic>E</italic><sub>max</sub></td>
<td align="center" valign="top">
<mml:math id="mm127">
<mml:semantics id="sm127">
<mml:mrow>
<mml:munder>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>⋯</mml:mo>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mo stretchy="true">︸</mml:mo></mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>Δ</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="italic">E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>max</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mo>Δ</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="italic">E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>step</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munder></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></td></tr>
<tr>
<td align="center" valign="top">…</td>
<td align="center" valign="top">…</td>
<td align="center" valign="top">…</td></tr>
<tr>
<td align="center" valign="top">
<mml:math id="mm128">
<mml:semantics id="sm128">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>γ</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mtext>tgt</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mo>Δ</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="italic">E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>step</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>γ</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mtext>tgt</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>Δ</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="italic">E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>step</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></td>
<td align="center" valign="top">−2Δ<italic>E</italic><sub>step</sub></td>
<td align="center" valign="top">-1-1</td></tr>
<tr>
<td align="center" valign="top">
<mml:math id="mm129">
<mml:semantics id="sm129">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>γ</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mtext>tgt</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>γ</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mtext>tgt</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mo>Δ</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="italic">E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>step</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></td>
<td align="center" valign="top">−Δ<italic>E</italic><sub>step</sub></td>
<td align="center" valign="top">-1</td></tr>
<tr>
<td align="center" valign="top">
<mml:math id="mm130">
<mml:semantics id="sm130">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>γ</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mtext>tgt</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mo>Δ</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="italic">E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>step</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>γ</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mtext>tgt</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></td>
<td align="center" valign="top">Δ<italic>E</italic><sub>step</sub></td>
<td align="center" valign="top">+1</td></tr>
<tr>
<td align="center" valign="top">
<mml:math id="mm131">
<mml:semantics id="sm131">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>γ</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mtext>tgt</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>Δ</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="italic">E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>step</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>γ</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mtext>tgt</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></td>
<td align="center" valign="top">+2Δ<italic>E</italic><sub>step</sub></td>
<td align="center" valign="top">+1+1</td></tr>
<tr>
<td align="center" valign="top">…</td>
<td align="center" valign="top">…</td>
<td align="center" valign="top">…</td></tr>
<tr>
<td align="center" valign="top">
<mml:math id="mm132">
<mml:semantics id="sm132">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mo>∞</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>γ</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mtext>tgt</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mo>Δ</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="italic">E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>max</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mo>Δ</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="italic">E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>step</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></td>
<td align="center" valign="top">+Δ<italic>E</italic><sub>max</sub></td>
<td align="center" valign="top">
<mml:math id="mm133">
<mml:semantics id="sm133">
<mml:mrow>
<mml:munder>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>⋯</mml:mo>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mo stretchy="true">︸</mml:mo></mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>Δ</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="italic">E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>max</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mo>Δ</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="italic">E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>step</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munder></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></td></tr></tbody></table></table-wrap></sec>
<fn-group>
<title>Notes</title><fn id="fn1-sensors-09-08776">
<label>1.</label>
<p>For the sake of notational simplicity, the derivation is carried out considering a single packet transmission act, i.e., we do not use any index to indicate the specific packet.</p></fn><fn id="fn2-sensors-09-08776">
<label>2.</label>
<p>Note that, for a fixed symbol duration (i.e., transmitting rate), a power variation is in a one-to-one correspondence with an energy variation.</p></fn><fn id="fn3-sensors-09-08776">
<label>3.</label>
<p>Note that the internal iterations in each component subdecoder refer to (i) the iterations between the variable nodes and the check nodes in the presence of LDPC coding and the SP algorithm or (ii) the turbo iterations between convolutional decoders in the presence of turbo coding and the BCJR algorithm (at each convolutional decoder).</p></fn><fn id="fn4-sensors-09-08776">
<label>4.</label>
<p>Since the a priori probabilities need to be evaluated for the systematic bits, in this case 
<inline-formula>
<mml:math id="mm134">
<mml:semantics id="sm134">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>ν</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula> and, therefore, 
<inline-formula>
<mml:math id="mm135">
<mml:semantics id="sm135">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>…</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msubsup>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msubsup>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>…</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msubsup>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula>. The joint PMF of 
<inline-formula>
<mml:math id="mm136">
<mml:semantics id="sm136">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula> can then be obtained directly from (<xref rid="FD2" ref-type="disp-formula">1</xref>). Note that <xref rid="FD36" ref-type="disp-formula">equation (24)</xref> is an approximation since, heuristically, the first probability in the summation at the right-hand side is obtained from the reliability values generated by the other decoder, whereas the second probability is a priori.</p></fn><fn id="fn5-sensors-09-08776">
<label>5.</label>
<p>Note that the number of internal iterations is fixed with SCCCing, whereas it can vary in the LDPC coded case. Note also that the number 
<inline-formula>
<mml:math id="mm137">
<mml:semantics id="sm137">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>it</mml:mtext></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>ext</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula> of external iterations between the component decoders differs between the cases with LDPC codes and SCCC. This is due to the different convergence characteristics of the iterative decoders associated with these channels codes.</p></fn><fn id="fn6-sensors-09-08776">
<label>6.</label>
<p>Note that the exact statistics of the residual multiple access interference should be better investigated. This goes beyond the scope of this paper. However, the Gaussian approximation allows to have useful insights on the impact of the multiple access interference on the proposed feedback power control strategies.</p></fn></fn-group></back></article>
