<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD Journal Publishing DTD v2.3 20070202//EN" "journalpublishing.dtd">
<article article-type="research-article" dtd-version="2.3" xml:lang="EN" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">
<front>
<journal-meta>
<journal-id journal-id-type="publisher-id">Front. Comms. Net</journal-id>
<journal-title>Frontiers in Communications and Networks</journal-title>
<abbrev-journal-title abbrev-type="pubmed">Front. Comms. Net</abbrev-journal-title>
<issn pub-type="epub">2673-530X</issn>
<publisher>
<publisher-name>Frontiers Media S.A.</publisher-name>
</publisher>
</journal-meta>
<article-meta>
<article-id pub-id-type="publisher-id">746201</article-id>
<article-id pub-id-type="doi">10.3389/frcmn.2022.746201</article-id>
<article-categories>
<subj-group subj-group-type="heading">
<subject>Communications and Networks</subject>
<subj-group>
<subject>Original Research</subject>
</subj-group>
</subj-group>
</article-categories>
<title-group>
<article-title>Mixed FSO/RF Based Multiple HAPs Assisted Multiuser Multiantenna Terrestrial Communication</article-title>
<alt-title alt-title-type="left-running-head">Singya and Alouini</alt-title>
<alt-title alt-title-type="right-running-head">Inter-HAP Communication</alt-title>
</title-group>
<contrib-group>
<contrib contrib-type="author" corresp="yes">
<name>
<surname>Singya</surname>
<given-names>Praveen Kumar</given-names>
</name>
<xref ref-type="corresp" rid="c001">&#x2a;</xref>
<uri xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/989726/overview"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Alouini</surname>
<given-names>Mohamed-Slim</given-names>
</name>
<uri xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/931900/overview"/>
</contrib>
</contrib-group>
<aff>
<institution>Computer, Electrical, and Mathematical Science and Engineering (CEMSE) Division</institution>, <institution>King Abdullah University of Science and Technology (KAUST)</institution>, <addr-line>Thuwal</addr-line>, <country>Saudi Arabia</country>
</aff>
<author-notes>
<fn fn-type="edited-by">
<p>
<bold>Edited by:</bold> <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/1219913/overview">Steve Hranilovic</ext-link>, McMaster University, Canada</p>
</fn>
<fn fn-type="edited-by">
<p>
<bold>Reviewed by:</bold> <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/993782/overview">Guanjun Xu</ext-link>, East China Normal University, China</p>
<p>
<ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/998677/overview">Milica Petkovic</ext-link>, University of Novi Sad, Serbia</p>
</fn>
<corresp id="c001">&#x2a;Correspondence: Praveen Kumar Singya, <email>praveen.singya@kaust.edu.sa</email>
</corresp>
<fn fn-type="other">
<p>This article was submitted to Optical Communications and Networks, a section of the journal Frontiers in Communications and Networks</p>
</fn>
</author-notes>
<pub-date pub-type="epub">
<day>20</day>
<month>05</month>
<year>2022</year>
</pub-date>
<pub-date pub-type="collection">
<year>2022</year>
</pub-date>
<volume>3</volume>
<elocation-id>746201</elocation-id>
<history>
<date date-type="received">
<day>23</day>
<month>07</month>
<year>2021</year>
</date>
<date date-type="accepted">
<day>25</day>
<month>02</month>
<year>2022</year>
</date>
</history>
<permissions>
<copyright-statement>Copyright &#xa9; 2022 Singya and Alouini.</copyright-statement>
<copyright-year>2022</copyright-year>
<copyright-holder>Singya and Alouini</copyright-holder>
<license xlink:href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">
<p>This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (CC BY). The use, distribution or reproduction in other forums is permitted, provided the original author(s) and the copyright owner(s) are credited and that the original publication in this journal is cited, in accordance with accepted academic practice. No use, distribution or reproduction is permitted which does not comply with these terms.</p>
</license>
</permissions>
<abstract>
<p>In this work, a mixed free-space optics (FSO)/radio-frequency (RF) based multiple serial high altitude platforms (HAPs) assisted multiuser multiantenna terrestrial communication system is considered. For the considered multi-hop system, earth station to HAP and HAP to HAP links are assumed as FSO links, and HAP to terrestrial mobile users (MUs) link is assumed as RF link. At the FSO detector both the heterodyne detection and intensity modulation direct detection techniques are considered. Atmospheric turbulence of the ES to HAP FSO link is modeled with Gamma-Gamma fading along with the pointing error impairments. As HAP situates in the stratosphere, negligible atmospheric turbulence exists at HAP altitude (20&#xa0;km), hence, only pointing error is considered for the inter HAP links. Further, the HAP consists of multiantenna array to provide high data-rates to the terrestrial users via RF links, considered to be Nakagami-m distributed. The intermediate HAPs perform selective decode-and-forward relaying and opportunistic user scheduling is performed for the best user selection. For the performance analysis, analytical expression of overall outage probability is obtained and the impact of various selection parameters like pointing error, FSO detection type, MU selection, number of antennas, and RF fading severity are observed on the outage performance. Asymptotic outage probability is also derived to obtain the diversity order of the considered communication system. Further, considering various modulation schemes, a generalized average bit-error-rate expression is derived and the impact of pointing error, FSO detection type, MU selection, number of antennas, and RF fading severity are observed on its performance. Finally, derived results are validated through Monte-Carlo simulations.</p>
</abstract>
<kwd-group>
<kwd>free-space optics</kwd>
<kwd>high altitude platform</kwd>
<kwd>gamma-gamma fading</kwd>
<kwd>pointing error</kwd>
<kwd>outage probability</kwd>
<kwd>average bit-error-rate</kwd>
</kwd-group>
<contract-sponsor id="cn001">King Abdullah University of Science and Technology<named-content content-type="fundref-id">10.13039/501100004052</named-content>
</contract-sponsor>
</article-meta>
</front>
<body>
<sec id="s1">
<title>1 Introduction</title>
<p>For reliable and robust high data-rate communication for various wireless applications including the emergency disastrous situations, temporary mass events, and even in military applications, promptly deployable flying base stations such as unmanned aerial vehicles (UAVs) have gained significant research attention as they are capable to provide high data-rates with improved capacity and coverage, targeted for beyond fifth generation (5G) communications(<xref ref-type="bibr" rid="B47">Zhan et al., 2011</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B24">Mozaffari et al., 2019</xref>). UAVs are broadly categorized into low altitude platform (LAP) and high altitude platform (HAP) based on their size and operating range. The LAPs are situated only few hundred meters above the earth surface, however, the HAPs are usually situated in stratosphere around 17&#x2013;25&#xa0;km (km) altitude from the earth surface. As the HAP situates in stratosphere, the wind velocity is low and atmospheric turbulence is negligible, hence, the HAP can be in quasi-static position and is capable to provide ubiquitous connectivity (<xref ref-type="bibr" rid="B17">Kurt et al., 2021</xref>). Due to the enhancement in communications technologies, lightweight composite materials, improved efficiency of solar panels and antenna, HAP became an viable aerial network component for various communication applications. The HAPs can be deployed easily and rapidly, their maintenance is easy, and having moderate operational cost than satellite which makes them economically feasible (<xref ref-type="bibr" rid="B11">Fidler et al., 2010</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B17">Kurt et al., 2021</xref>). Various technological trends of HAPs and their applications in wireless communications have been seen in (<xref ref-type="bibr" rid="B9">d&#x2019;Oliveira et al., 2016</xref>). On the other hand, free-space optics (FSO) has been proven as an efficient replacement to radio-frequency (RF) due to its high operational bandwidth with improved capacity to fulfill the increasing demand of high data-rates for present and future wireless communication networks. FSO operates in unlicensed band, having low cost and easy deployment, and provides high-speed line-of-sight (LoS) communication (<xref ref-type="bibr" rid="B32">Singya et al., 2020</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B35">Trichili et al., 2020</xref>). The FSO links provide high data-rate secured transmission than the RF links, however requires LoS communication. Further, atmospheric turbulence and weather issues are more severe in terrestrial mobile communication which limits the FSO link&#x2019;s performance. In such situations, RF links provide more robust communication to mobile users (MUs) than the FSO links. Thus, a hybrid system which can utilize the high data-rate capability of FSO links and the reliable transmission through RF links to terrestrial MUs has gained significant research attention (<xref ref-type="bibr" rid="B36">Trichili et al., 2021</xref>).</p>
<p>Various HAP networks like HAPCOS and CAPANINA in Europe, Helicos in USA, SkyNet is Asia, etc. have been deployed successfully for broadband data transmission to a larger distance (in hundreds of km). A considerable work on HAP networks have been seen in the literature. In (<xref ref-type="bibr" rid="B37">Vaiopoulos et al., 2013</xref>), authors proposed a HAP assisted setup for WiMAX orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) transmission and derived the outage probability. In (<xref ref-type="bibr" rid="B11">Fidler et al., 2010</xref>), authors have shown various field trials to and from HAP using optical links to provide high data-rates. In (<xref ref-type="bibr" rid="B8">David et al., 2004</xref>), various considerations for inter-HAP optical link design are shown. In (<xref ref-type="bibr" rid="B25">Parthasarathy et al., 2014</xref>), channel modeling of inter-HAP optical link is proposed. In (<xref ref-type="bibr" rid="B29">Shibata et al., 2020</xref>), a gigabit HAP system for mobile communications is proposed. An HAP assisted ground to satellite uplink FSO/RF system is proposed in (<xref ref-type="bibr" rid="B34">Swaminathan et al., 2021</xref>) with Gamma-Gamma and shadowed-Rician fading for FSO and RF links, respectively, and various performance measures are derived. In (<xref ref-type="bibr" rid="B30">Singya and Alouini, 2021</xref>), an HAP assisted downlink hybrid FSO/RF based multiuser multiantenna terrestrial communication system is proposed, where the FSO link is characterized with the Gamma-Gamma distribution with pointing error impairments and Nakagami-m distribution is preferred for RF links. For the performance analysis, analytical expressions of outage probability, asymptotic outage probability, ergodic capacity, effective capacity, and generalized average symbol-error-rate (ASER) expressions of hexagonal-quadrature amplitude modulation (QAM), cross-QAM, and rectangular QAM are derived. (<xref ref-type="bibr" rid="B20">Liu et al., 2020</xref>) focuses on amplify-and-forward (AF) based HAP assisted satellite-terrestrial communication with Gamma-Gamma and Rayleigh distributions for the FSO and RF links, respectively, and obtained the outage probability. In (<xref ref-type="bibr" rid="B2">Antonini et al., 2006</xref>), capacity and efficiency of FSO link between the satellite and HAP are obtained for its feasibility. In (<xref ref-type="bibr" rid="B12">Gao et al., 2021</xref>), optimization of an intelligent reconfigurable surface assisted HAP network is proposed for downlink communication to terrestrial MUs.</p>
<p>However, a significant work is witnessed on various hybrid FSO/RF systems in the literature. (<xref ref-type="bibr" rid="B5">Bhatnagar and Arti, 2013</xref>) considers a hybrid RF/FSO based satellite-terrestrial communication system, where Gamma-Gamma and shadowed-Rician distributions are considered for the FSO and RF links, respectively. Further, analytical ASER expression for M-ary phase-shift keying (MPSK) and asymptotic results are obtained. (<xref ref-type="bibr" rid="B46">Zedini et al., 2016</xref>) focuses on a hybrid FSO/RF system with Nakagami-m and Gamma-Gamma fading for the RF and FSO links, respectively, and the analytical expressions of ergodic capacity, outage probability, and bit-error-rate (BER) of binary phase-shift keying (BPSK) are derived. (<xref ref-type="bibr" rid="B6">Chen et al., 2019</xref>) covers energy harvesting in hybrid FSO/RF system by obtaining the outage probability. An FSO/RF based satellite-terrestrial communication system is considered in (<xref ref-type="bibr" rid="B1">Ahmad et al., 2017</xref>), where satellite is connected through the optical feeder link and provides RF connectivity to terrestrial users, and various performance measures are derived for analysis. (<xref ref-type="bibr" rid="B45">Zedini et al., 2020</xref>) focuses on an FSO/RF based satellite-terrestrial communication system with Gamma-Gamma distributed uplink optical feeder link and shadowed-Rician distributed downlink RF terrestrial users links, and ergodic capacity, outage probability, and BER expressions of BPSK are derived. In (<xref ref-type="bibr" rid="B28">Sharma et al., 2019</xref>), switching-based FSO/RF system is proposed and various performance measures are obtained. (<xref ref-type="bibr" rid="B18">Lee et al., 2020</xref>) focuses on the data throughput maximization for UAV based FSO/RF system. Further, in (<xref ref-type="bibr" rid="B32">Singya et al., 2020</xref>), ASER performance of various higher order complex QAM schemes is obtained for a mixed RF/FSO system with outdated channel state information. In (<xref ref-type="bibr" rid="B41">Xu and Song, 2021</xref>) and (<xref ref-type="bibr" rid="B40">Xu and Song, 2020</xref>), hybrid RF/FSO based communication systems are considered, where RF link is characterized with <italic>&#x3ba;</italic> &#x2212; <italic>&#x3bc;</italic> distribution and the FSO link is characterized with the <inline-formula id="inf1">
<mml:math id="m1">
<mml:mi mathvariant="script">M</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>- distribution with pointing error impairments. For performance analysis, outage probability, asymptotic outage probability, ergodic capacity, and ABER results are obtained. In (<xref ref-type="bibr" rid="B42">Xu and Zhang, 2021</xref>), a hybrid RF/FSO based deep space communication system is considered, where exponentiated Weibull and Nakagami-m distributions are considered respectively for the FSO and RF links; and outage probability, ergodic capacity, and ABER of MPSK are derived.</p>
<p>In the literature, some papers have discussed FSO based multi-hop communication systems. In (<xref ref-type="bibr" rid="B7">Datsikas et al., 2010</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B44">Zedini and Alouini, 2015</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B3">Ashrafzadeh et al., 2020</xref>), authors have analyzed the performance of multi-hop FSO systems. (<xref ref-type="bibr" rid="B26">Altubaishi and Alhamawi, 2019</xref>) focuses on the capacity analysis of a multi-hop FSO/RF system. In (<xref ref-type="bibr" rid="B38">Wang et al., 2015</xref>), authors have discussed the performance of multi-hop exponentiated Weibull distributed FSO system. However, above discussed multi-hop works focus only on generalized FSO systems without including HAP networks.</p>
<p>On the other hand, HAPs are having a wide 500&#xa0;km radius footprint as recommended by International Telecommunication Union (ITU) (<xref ref-type="bibr" rid="B14">ITU-Radiocommun, 2000</xref>). Further, most of the HAP assisted projects have smaller coverage area and combining multiple HAPs can provide coverage to even entire country. For example, authors in (<xref ref-type="bibr" rid="B23">Miura and Oodo, 2001</xref>) and (<xref ref-type="bibr" rid="B22">Milas et al., 2003</xref>) have proposed respectively 16 and 18 HAPs configurations to provide coverage to entire Japan and Greece. However, only few works focus on the performance of multi-hop HAP/LAP assisted communication system. In (<xref ref-type="bibr" rid="B43">Yang et al., 2018</xref>), outage probability of LAP assisted RF/FSO/RF multi-hop system is derived. In (<xref ref-type="bibr" rid="B27">Sharma et al., 2016</xref>), authors have evaluated the performance of inter-HAP FSO communication system. Authors in (<xref ref-type="bibr" rid="B21">Michailidis et al., 2018</xref>) have discussed the performance of a three-hop HAP assisted RF/FSO/RF communication system. The above discussed works are summarized in <xref ref-type="table" rid="T1">Table 1</xref> in details. The various considerations, channel models, and derived performance metrics are shown in <xref ref-type="table" rid="T1">Table 1</xref> which are compared with our work (highlighted in bold letters) to show the novelty of our work.</p>
<table-wrap id="T1" position="float">
<label>TABLE 1</label>
<caption>
<p>Various related works.</p>
</caption>
<table>
<thead valign="top">
<tr>
<th align="left">Communication systems</th>
<th align="center">References</th>
<th align="center">Channel models</th>
<th align="center">Practical considerations</th>
<th align="center">Performance metrics</th>
</tr>
</thead>
<tbody valign="top">
<tr>
<td rowspan="26" align="left">Dual-hop hybrid FSO/RF based communication systems (both with or without HAP assisted)</td>
<td rowspan="2" align="left">
<xref ref-type="bibr" rid="B5">Bhatnagar and Arti (2013)</xref> AF based hybrid RF/FSO satellite-terrestrial communication</td>
<td align="left">GG</td>
<td rowspan="2" align="left">Atmospheric turbulence</td>
<td rowspan="2" align="left">ASER, asymptotic ASER</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">SR</td>
</tr>
<tr>
<td rowspan="2" align="left">
<xref ref-type="bibr" rid="B46">Zedini et al. (2016)</xref> AF based hybrid FSO/RF communication</td>
<td align="left">GG</td>
<td rowspan="2" align="left">Atmospheric turbulence, pointing error, FSO receiver type</td>
<td align="left">OP, ergodic capacity,</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Nakagami-m</td>
<td align="left">BER - BPSK</td>
</tr>
<tr>
<td rowspan="2" align="left">
<xref ref-type="bibr" rid="B6">Chen et al. (2019)</xref> AF based hybrid FSO/RF communication with energy harvesting</td>
<td align="left">GG</td>
<td align="left">Atmospheric turbulence,</td>
<td rowspan="2" align="left">OP</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Rayleigh</td>
<td align="left">pointing error</td>
</tr>
<tr>
<td rowspan="2" align="left">
<xref ref-type="bibr" rid="B1">Ahmad et al. (2017)</xref> Hybrid FSO/RF basedsatellite communication with optical feeder link</td>
<td align="left">LN</td>
<td align="left">Atmospheric turbulence,</td>
<td align="left">OP, ergodic capacity,</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Double-LN</td>
<td align="left">pointing error, multiantenna</td>
<td align="left">ABER - PSK, SQAM</td>
</tr>
<tr>
<td rowspan="2" align="left">
<xref ref-type="bibr" rid="B45">Zedini et al. (2020)</xref> Hybrid FSO/RF based satellite communication</td>
<td align="left">GG</td>
<td rowspan="2" align="left">Atmospheric turbulence, pointing error, multiantenna, FSO receiver type, HPA nonlinearity</td>
<td align="left">OP, ergodic capacity,</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">SR</td>
<td align="left">ABER - PSK, SQAM</td>
</tr>
<tr>
<td rowspan="2" align="left">
<xref ref-type="bibr" rid="B28">Sharma et al. (2019)</xref> Switching-based hybrid FSO/RF system with MRC receiver</td>
<td align="left">GG</td>
<td align="left">Atmospheric turbulence,</td>
<td align="left">OP,</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Nakagami-m</td>
<td align="left">path-loss</td>
<td align="left">ASER-SQAM</td>
</tr>
<tr>
<td rowspan="2" align="left">
<xref ref-type="bibr" rid="B19">Li et al. (2019)</xref> NOMA based multiuser hybrid FSO/RF communication</td>
<td align="left">
<inline-formula id="inf2">
<mml:math id="m2">
<mml:mi mathvariant="script">M</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td rowspan="2" align="left">Atmospheric turbulence, pointing error, multiuser</td>
<td align="left">OP, asymptotic OP,</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Nakagami-m</td>
<td align="left">data-rate (capacity)</td>
</tr>
<tr>
<td rowspan="2" align="left">
<xref ref-type="bibr" rid="B16">Kong et al. (2020)</xref> Multiuser UAV assisted DF based HSTN</td>
<td align="left">GG</td>
<td rowspan="2" align="left">Atmospheric turbulence, path-loss, multiantenna, multiuser</td>
<td rowspan="2" align="left">Ergodic capacity</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Rayleigh</td>
</tr>
<tr>
<td rowspan="3" align="left">
<xref ref-type="bibr" rid="B34">Swaminathan et al. (2021)</xref> HAP assisted switching based uplink RF/FSO ground to satellite communication</td>
<td align="left">GG</td>
<td align="left">Atmospheric turbulence,</td>
<td align="left">OP, asymptotic OP,</td>
</tr>
<tr>
<td rowspan="2" align="left">SR</td>
<td align="left">path-loss, pointing error,</td>
<td align="left">ASER - MPSK</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">FSO receiver type</td>
<td align="left"/>
</tr>
<tr>
<td align="left">
<xref ref-type="bibr" rid="B30">Singya and Alouini (2021)</xref> HAP assisted downlink hybrid FSO/RF based satellite-terrestrial communication</td>
<td align="left">GG Nakagami-m</td>
<td align="left">Atmospheric turbulence, pointing error, FSO receiver type, multiantenna, multiuser, outdated CSI</td>
<td align="left">OP, asymptotic OP, ergodic capacity, effective capacity, ASER- HQAM, XQAM, RQAM, SQAM</td>
</tr>
<tr>
<td rowspan="2" align="left">
<xref ref-type="bibr" rid="B41">Xu and Song (2021)</xref> UAV assisted RF/FSO communication</td>
<td align="left">
<italic>&#x3ba;</italic> &#x2212; <italic>&#x3bc;</italic>
</td>
<td rowspan="2" align="left">Atmospheric turbulence, pointing error, FSO receiver type</td>
<td rowspan="2" align="left">OP, asymptotic OP, ergodic capacity, ABER - BPSK, DPSK, asymptotic ABER</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">
<inline-formula id="inf3">
<mml:math id="m3">
<mml:mi mathvariant="script">M</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
</tr>
<tr>
<td rowspan="2" align="left">
<xref ref-type="bibr" rid="B40">Xu and Song (2020)</xref> Hybrid RF/FSO based communication</td>
<td align="left">
<italic>&#x3ba;</italic> &#x2212; <italic>&#x3bc;</italic>
</td>
<td rowspan="2" align="left">Atmospheric turbulence, pointing error, FSO receiver type</td>
<td rowspan="2" align="left">OP, asymptotic OP, ergodic capacity, ABER - BPSK, DPSK, asymptotic ABER</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">
<inline-formula id="inf4">
<mml:math id="m4">
<mml:mi mathvariant="script">M</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
</tr>
<tr>
<td rowspan="2" align="left">
<xref ref-type="bibr" rid="B42">Xu and Zhang (2021)</xref> AF based RF/FSO deep space communication</td>
<td align="left">EW</td>
<td align="left">Solar scintillation effect</td>
<td align="left">OP, ergodic capacity,</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Nakagami-m</td>
<td align="left">
</td>
<td align="left">ABER - MPSK</td>
</tr>
<tr>
<td rowspan="2" align="left">Multi-hop mixed FSO/RF based</td>
<td rowspan="3" align="left">
<xref ref-type="bibr" rid="B26">Altubaishi and Alhamawi (2019)</xref> AF based multi-hop hybrid FSO/RF communication</td>
<td align="left">GG</td>
<td align="left">Atmospheric turbulence,</td>
<td rowspan="3" align="left">Ergodic capacity,</td>
</tr>
<tr>
<td rowspan="2" align="left">Rayleigh</td>
<td rowspan="2" align="left">pointing error, path-loss</td>
</tr>
<tr>
<td rowspan="11" align="left">Communication Systems</td>
</tr>
<tr>
<td rowspan="3" align="left">
<xref ref-type="bibr" rid="B3">Ashrafzadeh et al. (2020)</xref> AF based multi-hop FSO communication</td>
<td rowspan="3" align="left">GG</td>
<td align="left">Atmospheric turbulence,</td>
<td align="left">OP, asymptotic OP,</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">pointing error,</td>
<td align="left">ABER</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">FSO receiver type</td>
<td align="left"/>
</tr>
<tr>
<td rowspan="3" align="left">
<xref ref-type="bibr" rid="B44">Zedini and Alouini (2015)</xref> AF based multi-hop FSO communication</td>
<td rowspan="3" align="left">GG</td>
<td align="left">Atmospheric turbulence,</td>
<td align="left">OP, ergodic capacity,</td>
</tr>
<tr>
<td rowspan="2" align="left">pointing error</td>
<td align="left">asymptotic ergodic</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">capacity, ABER-OOK</td>
</tr>
<tr>
<td rowspan="2" align="left">
<xref ref-type="bibr" rid="B7">Datsikas et al. (2010)</xref> AF based serial multi-hop FSO communication</td>
<td rowspan="2" align="left">GG</td>
<td rowspan="2" align="left">Atmospheric turbulence,</td>
<td align="left">OP, ABER - BPSK,</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">DPSK, asymptotic ABER</td>
</tr>
<tr>
<td rowspan="2" align="left">
<xref ref-type="bibr" rid="B38">Wang et al. (2015)</xref> DF based multi-hop FSO communication system</td>
<td rowspan="2" align="left">EW</td>
<td rowspan="2" align="left">Atmospheric turbulence</td>
<td align="left">OP,</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">ABER - BPSK</td>
</tr>
<tr>
<td rowspan="6" align="left">Multi-hop LAP/HAP assisted mixed FSO/RF based communication Systems</td>
<td rowspan="2" align="left">
<xref ref-type="bibr" rid="B43">Yang et al. (2018)</xref> LAP based multi-hop RF/FSO/RF communication</td>
<td align="left">GG</td>
<td align="left">Atmospheric turbulence</td>
<td rowspan="2" align="left">OP</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Rician</td>
<td align="left">pointing error</td>
</tr>
<tr>
<td rowspan="2" align="left">
<xref ref-type="bibr" rid="B27">Sharma et al. (2016)</xref> HAP assisted multi-hop FSO communication</td>
<td rowspan="2" align="left">GG</td>
<td align="left">Atmospheric turbulence,</td>
<td align="left">ABER, average channel,</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">pointing error, path-loss</td>
<td align="left">capacity</td>
</tr>
<tr>
<td rowspan="2" align="left">
<xref ref-type="bibr" rid="B21">Michailidis et al. (2018)</xref> Mixed RF/FSO/RF based triple-hop communication</td>
<td align="left">GG</td>
<td align="left">Atmospheric turbulence</td>
<td rowspan="2" align="left">OP</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Rician</td>
<td align="left">pointing error</td>
</tr>
<tr>
<td rowspan="3" align="left">Our Work</td>
<td rowspan="3" align="left">Multiple serial HAPs assisted mixed FSO/RF based multiuser multiantenna communication system</td>
<td align="left">GG</td>
<td rowspan="3" align="left">Atmospheric turbulence, pointing error, FSO receiver type, multiantenna, multiuser</td>
<td align="left">OP, asymptotic OP,</td>
</tr>
<tr>
<td rowspan="2" align="left">Nakagami-m</td>
<td align="left">ABER - OOK,</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">MPSK, MQAM</td>
</tr>
<tr>
<td colspan="3" align="left">GG - Gamma-Gamma HQAM - Hexagonal QAM</td>
<td align="left">OP - Outage probability</td>
<td rowspan="4" align="left">
</td>
</tr>
<tr>
<td colspan="3" align="left">LN - Log-normal XQAM - Cross QAM</td>
<td align="left">ABER - Average bit-error-rate</td>
</tr>
<tr>
<td colspan="3" align="left">EW - Exponentiated Weibull RQAM - Rectangular QAM</td>
<td align="left">MPSK - M-ary phase shift keying</td>
</tr>
<tr>
<td colspan="3" align="left">
<inline-formula id="inf5">
<mml:math id="m5">
<mml:mi mathvariant="script">M</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> - Malaga distribution</td>
<td align="left">MQAM- M-ary quadrature amplitude modulation</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<p>As discussed above, we have seen significant works on dual-hop hybrid FSO/RF based systems. However, very limited work is seen on HAP assisted multi-hop hybrid FSO/RF scenario. Motivated with this, in this work, a highly reliable, robust, and high capacity long distance multiple serial HAPs assisted mixed FSO/RF multiuser multiantenna communication system is proposed. In the proposed system, end-to-end (e2e) long distance communication is completed through high bandwidth, high capacity FSO links established between the earth station (ES) to HAP and between multiple serial HAPs situated several hundred kilometer apart, and finally to the terrestrial MUs through the RF links via multiantenna array deployed at the final HAP. The intermediate HAPs are performing selective decode-and-forward (DF) relaying. Atmospheric turbulence of the ES to HAP link is modeled with Gamma-Gamma fading along with the pointing error impairments. As HAP situates at 20&#xa0;km altitude, negligible atmospheric turbulence exists hence, only pointing error is considered for the inter HAP links. A multiantenna array is deployed at the HAP and Nakagami-m fading is considered for the RF links. Further, opportunistic user scheduling is performed for the best user selection. From this prospective, the major contributions of this work are as follows:<list list-type="simple">
<list-item>
<p>&#x2022; For the performance analysis, individual link&#x2019;s outage probability and overall outage probability are derived and the impact of pointing error, FSO detection type, MU selection, number of antennas, and RF fading severity are observed on the outage performance.</p>
</list-item>
<list-item>
<p>&#x2022; To obtain the diversity order of the communication system, asymptotic outage probability is derived by performing the high SNR approximation.</p>
</list-item>
<list-item>
<p>&#x2022; Considering various modulation schemes, a generalized average BER (ABER) expression is also derived and the impact of pointing error, FSO detection type, MU selection, number of antennas, and RF fading severity are observed on its performance.</p>
</list-item>
</list>
</p>
<p>Note that the proposed system model and the analysis shown in this work is generalized. By considering number of HAPs <italic>N</italic> &#x3d; 1, the multi-hop serial HAPs assisted mixed FSO/RF system can be converted into a dual-hop HAP assisted mixed FSO/RF system. By considering number of users <italic>U</italic> &#x3d; 1, the performance of <italic>Uth</italic> terrestrial MU can be obtained. Further, all the parameters can be adjusted and the considered system model can be deployed for various specific applications.</p>
<p>Rest of the work is organized as follows: In Section II, proposed system model and channel model are discussed in detail. Various performance measures like outage probability, asymptotic outage probability, and generalized ABER are discussed in detail in Section III, Section IV, and Section V, respectively. Section VI discusses various theoretical and simulation results of the proposed system and conclusions from the obtained results are finally illustrated in Section VII.</p>
</sec>
<sec id="s2">
<title>2 System and Channel Models</title>
<sec id="s2-1">
<title>2.1 System Model</title>
<p>In this work, a mixed FSO/RF based multiuser multiantenna inter-HAP configuration is considered to provide high data-rates to the terrestrial MUs as shown in <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure 1</xref>. We have considered a communication scenario, where a source ES is communicating to the terrestrial MUs which are far apart through the use of multiple serial HAPs. Initially, the ES transmits the optical signal <italic>s</italic>(<italic>t</italic>) to HAP in first time slot. Hence, the received optical signal at the first HAP can be expressed as<disp-formula id="e1">
<mml:math id="m6">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(1)</label>
</disp-formula>where <italic>&#x3b7;</italic> is the optical-to-electrical conversion coefficient and <italic>r</italic> decides the type of FSO detector, wherein <italic>r</italic> &#x3d; 1 corresponds to the heterodyne detection and <italic>r</italic> &#x3d; 2 represents the IM/DD. Here <italic>I</italic> &#x3d; <italic>I</italic>
<sub>
<italic>a</italic>
</sub>
<italic>I</italic>
<sub>
<italic>p</italic>
</sub> represents the fading coefficient of the FSO link, where <italic>I</italic>
<sub>
<italic>a</italic>
</sub> is the fading due to atmospheric turbulence and <italic>I</italic>
<sub>
<italic>p</italic>
</sub> represents the pointing error associated with the FSO link. Further, <inline-formula id="inf6">
<mml:math id="m7">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x223c;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> represents the additive white Gaussian noise (AWGN) with zero mean and <inline-formula id="inf7">
<mml:math id="m8">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> variance associated with the ES to HAP link. The noise variance is <inline-formula id="inf8">
<mml:math id="m9">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula>, where <italic>K</italic> &#x3d; 1.38 &#xd7; 10<sup>&#x2013;23</sup> is the Boltzmann constant, <italic>T</italic>
<sub>
<italic>o</italic>
</sub> represents the noise temperature in kelvin, and <italic>B</italic>
<sub>
<italic>o</italic>
</sub> is the optical receiver bandwidth. Further, <italic>&#x3b4;</italic>
<sub>
<italic>EH</italic>
</sub> represents the path-loss while transmitting the source signal from ES to HAP through the FSO link. <inline-formula id="inf9">
<mml:math id="m10">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:math>
</inline-formula>, where <italic>G</italic>
<sub>
<italic>tE</italic>
</sub> is the ES transmitter telescope gain, <italic>G</italic>
<sub>
<italic>rH</italic>
</sub> is the receiver telescope gain at the HAP, and <inline-formula id="inf10">
<mml:math id="m11">
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:math>
</inline-formula> is the free-space loss, wherein <italic>L</italic> is the ES-HAP path length and <italic>&#x3bb;</italic>
<sub>
<italic>o</italic>
</sub> is the optical signal wavelength. A 1550&#xa0;nm wavelength optical beam is considered which is eye safe and most suitable due to minimum Doppler shift than other frequencies. Therefore, the instantaneous received SNR at HAP will be<disp-formula id="e2">
<mml:math id="m12">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(2)</label>
</disp-formula>
</p>
<fig id="F1" position="float">
<label>FIGURE 1</label>
<caption>
<p>Considered system model.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="frcmn-03-746201-g001.tif"/>
</fig>
<p>N intermediate HAPs with DF relaying are considered for e2e signal transmission. Hence, at the HAP, the received signal is first decoded, re-encoded, and then transmitted to the next HAP. The received signal can only be decoded successfully if the instantaneous received SNR at <italic>n</italic>th HAP is greater than or equal to the threshold SNR i.e. <inline-formula id="inf11">
<mml:math id="m13">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2265;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula>. Hence, probability of successful detection <inline-formula id="inf12">
<mml:math id="m14">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c7;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is defined as<disp-formula id="e3">
<mml:math id="m15">
<mml:mi>&#x3c7;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="{" close="">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="cases">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mtext>for&#x2009;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mtext>for&#x2009;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2265;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
<label>(3)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Let, <inline-formula id="inf13">
<mml:math id="m16">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the decoded signal, then the optical signal received at the <italic>n</italic>th HAP is represented as<disp-formula id="e4">
<mml:math id="m17">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c7;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(4)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf14">
<mml:math id="m18">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> is the transmitted power from the (<italic>n</italic> &#x2212; 1)<sup>
<italic>th</italic>
</sup> HAP, <italic>I</italic>
<sub>
<italic>p</italic>
</sub> is the FSO channel fading coefficient which only consists of pointing error and no atmospheric turbulence is considered. Further, <italic>n</italic>
<sub>
<italic>HH</italic>
</sub>(<italic>t</italic>) represents the AWGN associated with the HAP-HAP link with zero mean and <inline-formula id="inf15">
<mml:math id="m19">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> variance. Also, <inline-formula id="inf16">
<mml:math id="m20">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:math>
</inline-formula> is the path-loss of the HAP-HAP link and considered to be same between all the HAPs. Here, <italic>G</italic>
<sub>
<italic>tH</italic>
</sub> represents the gain of the transmitting telescope of the (<italic>n</italic> &#x2212; 1)<sup>
<italic>th</italic>
</sup> HAP and <italic>G</italic>
<sub>
<italic>rH</italic>
</sub> is the receiver telescope gain of the <italic>n</italic>th HAP. Further, <inline-formula id="inf17">
<mml:math id="m21">
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:math>
</inline-formula> is the free-space loss in the HAP-HAP link, where <italic>D</italic> is the inter-HAP distance. Hence, instantaneous received SNR at the <italic>n</italic>th HAP is given as <inline-formula id="inf18">
<mml:math id="m22">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c7;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>Finally, the decoded signal from the <italic>Nth</italic> HAP is transmitted to the terrestrial MUs. To improve the channel capacity of the RF link and to improve its reliability, <italic>N</italic>
<sub>
<italic>t</italic>
</sub> transmit antennas are deployed at the HAP. However, due to size limit constraint, only single antenna is assumed at the terrestrial MUs. Hence, in the last-hop, the signal received from the <italic>Nth</italic> HAP at the <italic>u</italic>th MU after transmit beamforming is given as<disp-formula id="e5">
<mml:math id="m23">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c7;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(5)</label>
</disp-formula>where <italic>P</italic>
<sub>
<italic>N</italic>
</sub> is the <italic>Nth</italic> HAP&#x2019;s transmit power and <inline-formula id="inf19">
<mml:math id="m24">
<mml:mi>&#x3c7;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo movablelimits="false" form="prefix">&#x220f;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3c7;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the probability of successful detection till the <italic>Nth</italic> HAP. Here <inline-formula id="inf20">
<mml:math id="m25">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf21">
<mml:math id="m26">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula> denote the channel vector of <italic>N</italic>
<sub>
<italic>t</italic>
</sub> &#xd7; 1 order and transmit beamforming weight vector between the <italic>Nth</italic> HAP and the <italic>u</italic>th UE, respectively. Further, (&#x22c5;)<sup>
<italic>H</italic>
</sup> is a Hermitian operator and maximal ratio transmission (MRT) principle is used for the beamforming weight vector as <inline-formula id="inf22">
<mml:math id="m27">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:math>
</inline-formula>, wherein (&#x22c5;)&#x2016;<sub>
<italic>F</italic>
</sub> being the Frobenius norm. Further, <inline-formula id="inf23">
<mml:math id="m28">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> represents the AWGN associated with the RF link of zero mean and <inline-formula id="inf24">
<mml:math id="m29">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> variance, where <italic>K</italic> &#x3d; 1.38 &#xd7; 10<sup>&#x2013;23</sup> is the Boltzmann constant, <italic>T</italic>
<sub>
<italic>r</italic>
</sub> represents the noise temperature in kelvin, <italic>B</italic>
<sub>
<italic>r</italic>
</sub> is the RF receiver bandwidth, and <italic>N</italic>
<sub>
<italic>F</italic>
</sub> is the noise figure. Furthermore, <inline-formula id="inf25">
<mml:math id="m30">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> is the path-loss associated with the RF link which can be given as (<xref ref-type="bibr" rid="B34">Swaminathan et al., 2021</xref>)<disp-formula id="e6">
<mml:math id="m31">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>O</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(6)</label>
</disp-formula>where <italic>G</italic>
<sub>
<italic>tH</italic>
</sub> is the <italic>Nth</italic> HAP&#x2019;s transmitter gain, <italic>G</italic>
<sub>
<italic>ru</italic>
</sub> is the <italic>u</italic>th user&#x2019;s receiver gain, <italic>L</italic>
<sub>
<italic>F</italic>
</sub> &#x3d; 20&#x2009;log<sub>10</sub>
<italic>f</italic>
<sub>
<italic>RF</italic>
</sub> &#x2b; 20&#x2009;log<sub>10</sub>
<italic>L</italic>
<sub>
<italic>u</italic>
</sub> &#x2b; 92.45 is the free-space loss of the RF link between the HAP and <italic>u</italic>th terrestrial user of <italic>L</italic>
<sub>
<italic>u</italic>
</sub> distance (in km) with <italic>f</italic>
<sub>
<italic>RF</italic>
</sub> transmission frequency, <italic>L</italic>
<sub>
<italic>A</italic>
</sub> is the gaseous atmospheric loss, <italic>L</italic>
<sub>
<italic>R</italic>
</sub> is the loss by rain attenuation in dB/km, and <italic>L</italic>
<sub>
<italic>O</italic>
</sub> represents the miscellaneous losses including antenna degradation, polarization mismatch, antenna mispointing, etc. Hence, e2e instantaneous received SNR at the <italic>u</italic>th MU is calculated as<disp-formula id="e7">
<mml:math id="m32">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c7;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mi>U</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c7;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(7)</label>
</disp-formula>
</p>
</sec>
<sec id="s2-2">
<title>2.2 Channel Model</title>
<sec id="s2-2-1">
<title>2.2.1 Earth Station to HAP Link</title>
<p>ES-HAP link is considered as an FSO link and its fading coefficient is characterized as <italic>I</italic> &#x3d; <italic>I</italic>
<sub>
<italic>p</italic>
</sub>
<italic>I</italic>
<sub>
<italic>a</italic>
</sub>, where <italic>I</italic>
<sub>
<italic>p</italic>
</sub> is the pointing error and <italic>I</italic>
<sub>
<italic>a</italic>
</sub> is the atmospheric turbulence induced fading. Let us assume, a Gaussian beam of beamwidth <italic>&#x3c9;</italic>
<sub>
<italic>L</italic>
</sub> is propagating <italic>L</italic> distance from the transmitter to receiver with <italic>a</italic> aperture radius, the fraction of the transmitted power collected by the receiver is approximately given as (<xref ref-type="bibr" rid="B10">Farid and Hranilovic, 2007</xref>)<disp-formula id="e8">
<mml:math id="m33">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2248;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mtext>exp</mml:mtext>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(8)</label>
</disp-formula>where <italic>A</italic>
<sub>0</sub> represents the fraction of the collected power at <italic>r</italic>
<sub>
<italic>d</italic>
</sub> &#x3d; 0, <italic>r</italic>
<sub>
<italic>d</italic>
</sub> is the radial displacement between the detector and beam center, and <inline-formula id="inf26">
<mml:math id="m34">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> is the equivalent beamwidth which is given as <inline-formula id="inf27">
<mml:math id="m35">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="0.3333em" class="nbsp"/>
<mml:mtext>exp</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula>. Further, <inline-formula id="inf28">
<mml:math id="m36">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtext>erf</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula>, where <inline-formula id="inf29">
<mml:math id="m37">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:math>
</inline-formula>, wherein erf(&#x22c5;) represents the error function. It is to be noted that the approximation (8) exists only for <italic>&#x3c9;</italic>
<italic>
<sub>L</sub>
</italic> &#x3e; 6<italic>a</italic>. <xref ref-type="fig" rid="F2">Figure 2</xref> shows various pointing errors for an FSO system. Let us consider <italic>d</italic>
<sub>
<italic>x</italic>
</sub> and <italic>d</italic>
<sub>
<italic>y</italic>
</sub> are the horizontal and vertical displacements of the beam in the detector plane, then <inline-formula id="inf30">
<mml:math id="m38">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula> denotes the vector for radial displacement as shown in <xref ref-type="fig" rid="F2">Figure 2</xref>. It is assumed that <inline-formula id="inf1131">
<mml:math id="m1139">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf1132">
<mml:math id="m1140">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> are independent and Gaussian distributed as <inline-formula id="inf31">
<mml:math id="m39">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2248;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf32">
<mml:math id="m40">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2248;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, respectively. Then the amplitude of the radial vector <inline-formula id="inf33">
<mml:math id="m41">
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:math>
</inline-formula> is Beckmann distributed (<xref ref-type="bibr" rid="B4">Beckmann and Spizzichino, 1987</xref>). Thus, the pointing error of the FSO link can be modeled in various ways according to the jitter and boresight values (<xref ref-type="bibr" rid="B15">Jung et al., 2020</xref>).</p>
<fig id="F2" position="float">
<label>FIGURE 2</label>
<caption>
<p>Pointing errors in FSO links.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="frcmn-03-746201-g002.tif"/>
</fig>
<p>Considering the case of identical jitters and zero boresight error, mean values <italic>&#x3c8;</italic>
<sub>
<italic>x</italic>
</sub> and <italic>&#x3c8;</italic>
<sub>
<italic>y</italic>
</sub> of the radial vectors <italic>d</italic>
<sub>
<italic>x</italic>
</sub> and <italic>d</italic>
<sub>
<italic>y</italic>
</sub> are zero and variances are identical as <inline-formula id="inf34">
<mml:math id="m42">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula>. Hence, the radial displacement follows Rayleigh distribution. For such case, the pointing error can be modeled as<disp-formula id="e9">
<mml:math id="m43">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="0.3333em" class="nbsp"/>
<mml:mspace width="0.3333em" class="nbsp"/>
<mml:mspace width="0.3333em" class="nbsp"/>
<mml:mspace width="0.3333em" class="nbsp"/>
<mml:mtext>for&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
<label>(9)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf35">
<mml:math id="m44">
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:math>
</inline-formula> is the ratio of the equivalent beam radius to the standard deviation of jitter at the receiver.</p>
<p>The atmospheric turbulence <italic>I</italic>
<sub>
<italic>a</italic>
</sub> can be modeled with Gamma-Gamma distribution, its probability density function (PDF) is given as<disp-formula id="e10">
<mml:math id="m45">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mtext>K</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(10)</label>
</disp-formula>where K<sub>
<italic>v</italic>
</sub>(&#x22c5;) represents the <italic>v</italic>th order modified Bessel function of second kind. Further, <italic>&#x3b1;</italic> and <italic>&#x3b2;</italic> are the fading coefficients of the atmospheric turbulence which are given as<disp-formula id="e11">
<mml:math id="m46">
<mml:mtable class="align" columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mtext>exp</mml:mtext>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>0.49</mml:mn>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1.11</mml:mn>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>12</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>5</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>7</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mtext>exp</mml:mtext>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>0.51</mml:mn>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>0.69</mml:mn>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>12</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>5</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>5</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(11)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf36">
<mml:math id="m47">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> is the Rytov variance corresponds to the turbulence strength metric. A slant path exists between the ES and the HAP, hence, the Rytov variance for this path can be given as<disp-formula id="e12">
<mml:math id="m48">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2.25</mml:mn>
<mml:mspace width="0.3333em" class="nbsp"/>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>sec</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mspace width="0.3333em" class="nbsp"/>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>7</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>5</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(12)</label>
</disp-formula>where <italic>&#x3b8;</italic> is the zenith angle, <italic>k</italic>
<sub>0</sub> &#x3d; 2<italic>&#x3c0;</italic>/<italic>&#x3bb;</italic>
<sub>
<italic>o</italic>
</sub> denotes the wave number, <italic>H</italic> is the HAP altitude, and <italic>h</italic>
<sub>0</sub> is the ES height. Further, <inline-formula id="inf37">
<mml:math id="m49">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> is the refractive index structure parameter, depends upon the strength of the atmospheric turbulence and is modeled by Hufnagel-Valley model as a function of altitude <italic>h</italic> which is given as<disp-formula id="e13">
<mml:math id="m50">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.005</mml:mn>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mn>94</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>27</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>5</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mtext>exp</mml:mtext>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1000</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2.7</mml:mn>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>16</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mtext>exp</mml:mtext>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1500</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mtext>exp</mml:mtext>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>100</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(13)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf38">
<mml:math id="m51">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> shows the turbulence strength at ground in m<sup>&#x2212;2/3</sup> and <italic>w</italic>
<sub>0</sub> is the rms wind speed in m/s. The PDF of the FSO channel fading coefficient (<italic>I</italic>) can be given as<disp-formula id="e14">
<mml:math id="m52">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mspace width="0.3333em" class="nbsp"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(14)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Considering the identical jitters and zero boresight error case, the resulting conditional distribution is expressed as<disp-formula id="e15">
<mml:math id="m53">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mtext>for&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
<label>(15)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Substituting (<xref ref-type="disp-formula" rid="e10">10</xref>) and (<xref ref-type="disp-formula" rid="e15">15</xref>) in <xref ref-type="disp-formula" rid="e14">(14)</xref>, we get<disp-formula id="e16">
<mml:math id="m54">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mtext>K</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(16)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Representing the modified Bessel function of the second kind into Meijer-G form as <inline-formula id="inf39">
<mml:math id="m55">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mtext>K</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>G</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0,2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2,0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="" close="|">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, solving (<xref ref-type="disp-formula" rid="e16">16</xref>) with the help of (<xref ref-type="bibr" rid="B39">Wolframe, 1998</xref>, (07.34.21.0085.01)), and after some mathematical simplifications, we get<disp-formula id="e17">
<mml:math id="m56">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>G</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1,3</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3,0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="" close="|">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mspace width="0.3333em" class="nbsp"/>
<mml:mspace width="0.3333em" class="nbsp"/>
<mml:mspace width="0.3333em" class="nbsp"/>
<mml:mspace width="0.3333em" class="nbsp"/>
<mml:mspace width="0.3333em" class="nbsp"/>
<mml:mspace width="0.3333em" class="nbsp"/>
<mml:mspace width="0.3333em" class="nbsp"/>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(17)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Instantaneous received SNR of the ES-HAP FSO link is calculated as <italic>&#x3b3;</italic>
<sub>
<italic>H</italic>
</sub> &#x3d; <italic>&#x3bc;</italic>
<sub>
<italic>r</italic>
</sub>(<italic>I</italic>)<sup>
<italic>r</italic>
</sup>, where <italic>r</italic> represents the type of FSO detector and <italic>&#x3bc;</italic>
<sub>
<italic>r</italic>
</sub> is the average power of the FSO link. For heterodyne detection, <italic>r</italic> &#x3d; 1, and hence, <inline-formula id="inf40">
<mml:math id="m57">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula>. For the IM/DD detection, <italic>r</italic> &#x3d; 2, and hence, <inline-formula id="inf41">
<mml:math id="m58">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula>. After change of variable in <xref ref-type="disp-formula" rid="e17">(17)</xref>, the PDF of the e2e SNR of the FSO link is given as<disp-formula id="e18">
<mml:math id="m59">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>G</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1,3</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3,0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="" close="|">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(18)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Substituting (18) in <inline-formula id="inf42">
<mml:math id="m60">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> and applying (<xref ref-type="bibr" rid="B39">Wolframe, 1998</xref>, (07.34.21.0084.01)) with some mathematical computations, the cumulative distribution function (CDF) of the SNR of the FSO link for both the detection techniques is given as<disp-formula id="e19">
<mml:math id="m61">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>G</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1,3</mml:mn>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x007C;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="|" close="">
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(19)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf43">
<mml:math id="m62">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf44">
<mml:math id="m63">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf45">
<mml:math id="m64">
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf46">
<mml:math id="m65">
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</sec>
<sec id="s2-2-2">
<title>2.2.2 Inter HAP Links</title>
<p>The HAP is situated in the stratosphere above the clouds and there is almost negligible atmospheric turbulence. Hence, only the pointing error is considered between inter-HAP links. As identical jitters with zero boresight error is considered, the pointing error can be modeled by Rayleigh distribution and its PDF is given in <xref ref-type="disp-formula" rid="e9">(9)</xref>. Now instantaneous received SNR at the <italic>n</italic>th HAP for the FSO link is calculated as <inline-formula id="inf47">
<mml:math id="m66">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula>, where <inline-formula id="inf48">
<mml:math id="m67">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> is the average received power at the FSO detector of <italic>n</italic>th HAP. After change of variable in <xref ref-type="disp-formula" rid="e17">(17)</xref>, the PDF of the instantaneous received SNR of the HAP-HAP link is given as<xref ref-type="fn" rid="FN1">
<sup>1</sup>
</xref>
<disp-formula id="e20">
<mml:math id="m68">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>for&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
<label>(20)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Performing <inline-formula id="inf49">
<mml:math id="m69">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>, the CDF of the HAP-HAP link can be given as<disp-formula id="e21">
<mml:math id="m70">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="{" close="">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="cases">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mtext>for&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mtext>else</mml:mtext>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
<label>(21)</label>
</disp-formula>
</p>
</sec>
<sec id="s2-2-3">
<title>2.2.3 HAP to MUs RF Links</title>
<p>To connect the terrestrial MUs, communication between the HAP and the MUs is established through the RF links. Considering the size constraint of the MUs, single antenna is assumed at the MUs. Further, multiple transmit antennas (<italic>N</italic>
<sub>
<italic>t</italic>
</sub>) are considered at the HAP to avail the antenna diversity. The Nakagami-m distribution is considered for the RF link i.e. Nak(<italic>m</italic>, &#x3a9;), where <italic>m</italic> is the fading severity and &#x3a9; is the average power of the RF link. Hence, the CDF and PDF of the <italic>u</italic>th MU&#x2019;s SNR can be given as<disp-formula id="e22">
<mml:math id="m71">
<mml:mtable class="align" columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>U</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mtext>exp</mml:mtext>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>U</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>U</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(22)</label>
</disp-formula>respectively, where &#x393;(&#x22c5;) represents the complete gamma function and <inline-formula id="inf50">
<mml:math id="m72">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>U</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula>. It is considered that the terrestrial MUs are independent and identically distributed (i.i.d.) as they are close to each others. Hence, opportunistic user scheduling is performed to achive the multiuser diversity. Therefore, the instantaneous received SNR of the HAP-MU link after opportunistic scheduling is <inline-formula id="inf51">
<mml:math id="m73">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mtext>Max</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1,2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>U</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula>. Thus, the PDF of <italic>&#x3b3;</italic>
<sub>
<italic>HM</italic>
</sub> after the order statistics is given as<disp-formula id="e23">
<mml:math id="m74">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(23)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Invoking the PDF and CDF values from <xref ref-type="disp-formula" rid="e22">(22)</xref> in <xref ref-type="disp-formula" rid="e23">(23)</xref> and using the series representation of the incomplete Gamma function with multinomial expansion using (<xref ref-type="bibr" rid="B13">Gradshteyn and Ryzhik, 2000</xref>, (0.314)), the PDF of <italic>&#x3b3;</italic>
<sub>
<italic>HM</italic>
</sub> can be derived as<disp-formula id="e24">
<mml:math id="m75">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mfrac linethickness="0.0pt">
<mml:mrow>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mfenced>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:mo>&#x00D7;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>U</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mtext>exp</mml:mtext>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>U</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(24)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf52">
<mml:math id="m76">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> is recursively calculated as <inline-formula id="inf53">
<mml:math id="m77">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf54">
<mml:math id="m78">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf55">
<mml:math id="m79">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo movablelimits="false" form="prefix">&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula> for 2 &#x2264; <italic>l</italic> &#x2264; (<italic>mN</italic>
<sub>
<italic>t</italic>
</sub> &#x2212; 1), <inline-formula id="inf56">
<mml:math id="m80">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo movablelimits="false" form="prefix">&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula> for <italic>mN</italic>
<sub>
<italic>t</italic>
</sub> &#x2264; <italic>l</italic> &#x3c; <italic>j</italic>(<italic>mN</italic>
<sub>
<italic>t</italic>
</sub> &#x2212; 1), and <inline-formula id="inf57">
<mml:math id="m81">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula>, wherein <inline-formula id="inf58">
<mml:math id="m82">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>!</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:math>
</inline-formula> (<xref ref-type="bibr" rid="B33">Singya et al., 2018</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B31">2019</xref>). Using <inline-formula id="inf59">
<mml:math id="m83">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>, the CDF of <xref ref-type="disp-formula" rid="e24">(24)</xref> can be obtained as<disp-formula id="e25">
<mml:math id="m84">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3d2;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(25)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf60">
<mml:math id="m85">
<mml:msub>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo movablelimits="false" form="prefix">&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo movablelimits="false" form="prefix">&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf61">
<mml:math id="m86">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mfrac linethickness="0.0pt">
<mml:mrow>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>U</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf62">
<mml:math id="m87">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf63">
<mml:math id="m88">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>U</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</sec>
</sec>
</sec>
<sec id="s3">
<title>3 Outage Probability</title>
<p>Outage probability is one of the important performance measures and defines the probability of reaching the instantaneous e2e SNR below a fixed threshold (<italic>&#x3b3;</italic>
<sub>
<italic>th</italic>
</sub>). For the considered system, e2e instantaneous received SNR is shown in <xref ref-type="disp-formula" rid="e7">(7)</xref>, hence the overall outage probability is given as<disp-formula id="e26">
<mml:math id="m89">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:munder accentunder="false">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#xfe38;</mml:mo>
</mml:munder>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>ES</mml:mtext>
<mml:mo>-</mml:mo>
<mml:mtext>HAP</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mspace width="0.3333em" class="nbsp"/>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:munder accentunder="false">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#xfe38;</mml:mo>
</mml:munder>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>HAP</mml:mtext>
<mml:mo>-</mml:mo>
<mml:mtext>HAP</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:munder accentunder="false">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#xfe38;</mml:mo>
</mml:munder>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>HAP</mml:mtext>
<mml:mo>-</mml:mo>
<mml:mtext>EU</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(26)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Substituting the respective CDF values of the individual links in <xref ref-type="disp-formula" rid="e26">(26)</xref>, we get<disp-formula id="e27">
<mml:math id="m90">
<mml:mtable class="align" columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>G</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1,3</mml:mn>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x007C;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="|" close="">
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3d2;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(27)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Using the binomial series expansion and after some mathematical computations, (<xref ref-type="disp-formula" rid="e27">27</xref>) can be solved as<disp-formula id="e28">
<mml:math id="m91">
<mml:mtable class="align" columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="[" close="">
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>G</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1,3</mml:mn>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="" close="|">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mfrac linethickness="0.0pt">
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mfenced>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3d2;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mfrac linethickness="0.0pt">
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mfenced>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3d2;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mfrac linethickness="0.0pt">
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mfenced>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>G</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1,3</mml:mn>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="" close="|">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3d2;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>G</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1,3</mml:mn>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mfrac linethickness="0.0pt">
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mfenced>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3d2;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>G</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1,3</mml:mn>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="" close="|">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(28)</label>
</disp-formula>
</p>
</sec>
<sec id="s4">
<title>4 Asymptotic Outage Probability</title>
<p>Various insights on the system&#x2019;s performance can be highlighted through the obtained outage probability (<xref ref-type="disp-formula" rid="e28">28</xref>). However, (<xref ref-type="disp-formula" rid="e28">28</xref>) is quite complex to decide the diversity order of the considered system. Hence, in this Section, we have conducted asymptotic analysis on the outage probability to obtain the diversity order. For this, the transmit SNR is assumed to tend to infinity. Therefore, at high SNR, (<xref ref-type="disp-formula" rid="e26">26</xref>) can be approximated as<disp-formula id="e29">
<mml:math id="m92">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2248;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(29)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>
<statement>
<p>Corollary 1: By using the identities as shown in <xref ref-type="disp-formula" rid="e34">(34)</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="e35">(35)</xref>, asymptotic outage probability for the considered system is expressed as<disp-formula id="e30">
<mml:math id="m93">
<mml:mtable class="align" columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x2248;</mml:mo>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo movablelimits="false" form="prefix">&#x220f;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mo>&#x2260;</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x220f;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo movablelimits="false" form="prefix">&#x220f;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo movablelimits="false" form="prefix">&#x220f;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>U</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>U</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(30)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>From <xref ref-type="disp-formula" rid="e34">(34)</xref>, we observed that <inline-formula id="inf64">
<mml:math id="m94">
<mml:mi>min</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the dominant term of meijer-G function. Hence, the diversity order of the overall system is given as <inline-formula id="inf65">
<mml:math id="m95">
<mml:mi>min</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</statement>
</p>
<p>
<statement>
<p>Proof: See the <xref ref-type="app" rid="app1">Appendix</xref>.</p>
</statement>
</p>
</sec>
<sec id="s5">
<title>5 Average BER Analysis</title>
<p>For various modulation schemes, a generalized ABER expression for the considered communication system can be given as (<xref ref-type="bibr" rid="B45">Zedini et al., 2020</xref>)<disp-formula id="e31">
<mml:math id="m96">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(31)</label>
</disp-formula>where <italic>n</italic>
<sub>0</sub>, <italic>&#x3ba;</italic>, and <italic>g</italic>
<sub>
<italic>p</italic>
</sub> are the selection parameters for various modulation schemes and their values are shown in <xref ref-type="table" rid="T2">Table 2</xref>.</p>
<table-wrap id="T2" position="float">
<label>TABLE 2</label>
<caption>
<p>Selection parameters for various modulation schemes (<xref ref-type="bibr" rid="B45">Zedini et al., 2020</xref>).</p>
</caption>
<table>
<thead valign="top">
<tr>
<th align="left">Modulation</th>
<th align="center">
<italic>n</italic>
<sub>0</sub>
</th>
<th align="center">
<italic>&#x3ba;</italic>
</th>
<th align="center">
<italic>g</italic>
<sub>
<italic>p</italic>
</sub>
</th>
</tr>
</thead>
<tbody valign="top">
<tr>
<td align="left">OOK</td>
<td align="center">1</td>
<td align="center">1</td>
<td align="center">1/2</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">BPSK</td>
<td align="center">1</td>
<td align="center">1</td>
<td align="center">1</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">M-PSK</td>
<td align="center">
<inline-formula id="inf66">
<mml:math id="m97">
<mml:mtext>Max</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="center">
<inline-formula id="inf67">
<mml:math id="m98">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>Max</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>log</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="center">
<inline-formula id="inf68">
<mml:math id="m99">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>sin</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">M-QAM</td>
<td align="center">
<inline-formula id="inf69">
<mml:math id="m100">
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="center">
<inline-formula id="inf70">
<mml:math id="m101">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>log</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="center">
<inline-formula id="inf71">
<mml:math id="m102">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<p>Please note that by using the IM/DD, we can obtain the ABER performance of on-off keying (OOK), preferred commonly in practical FSO systems as it is flexible to laser nonlinearity with ease of use. Further, we have analyzed the ABER performance of various MPSK (including the BPSK) and MQAM schemes using the coherent heterodyne detection at FSO receivers. Now plugin (<xref ref-type="disp-formula" rid="e28">28</xref>) in <xref ref-type="disp-formula" rid="e31">(31)</xref>, and performing various mathematical computations by using (<xref ref-type="bibr" rid="B13">Gradshteyn and Ryzhik, 2000</xref>, (3.351),(6.455),(7.813), (8.352)) to solve the integrals, the final generalized analytical ABER expression is derived as<disp-formula id="e32">
<mml:math id="m103">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>5</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>7</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(32)</label>
</disp-formula>where<disp-formula id="e33">
<mml:math id="m104">
<mml:mtable class="align" columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mfrac linethickness="0.0pt">
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mfenced>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mfrac linethickness="0.0pt">
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mfenced>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>5</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mfrac linethickness="0.0pt">
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mfenced>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>!</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>7</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mfrac linethickness="0.0pt">
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mfenced>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>!</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(33)</label>
</disp-formula>wherein <inline-formula id="inf72">
<mml:math id="m105">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>G</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1,3</mml:mn>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x007C;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="|" close="">
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf73">
<mml:math id="m106">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mspace width="0.17em"/>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</sec>
<sec id="s6">
<title>6 Theoretical and Simulation Results</title>
<p>In this Section, numerical values from the derived results are obtained and are validated through the simulations performed through Matlab by conducting 10<sup>8</sup> realizations. The atmospheric turbulence of ES-HAP link is generated by the product of two generalized Gamma distributed random variables. The radial displacement parameter is considered to be Rayleigh distributed and is applied to (<xref ref-type="disp-formula" rid="e8">8</xref>) for pointing error impairments. Throughout the analysis, <italic>&#x3b7;</italic> &#x3d; 1 is considered. Unity transmit power is considered at all the nodes and <italic>&#x3b3;</italic>
<sub>
<italic>th</italic>
</sub> &#x3d; 1&#xa0;dB is considered for the analysis. Further, parameters related to various links are shown in <xref ref-type="table" rid="T3">Table 3</xref> unless otherwise stated.</p>
<table-wrap id="T3" position="float">
<label>TABLE 3</label>
<caption>
<p>Various parameters of interest.</p>
</caption>
<table>
<thead valign="top">
<tr>
<th align="left">Parameter</th>
<th align="center">Value</th>
</tr>
</thead>
<tbody valign="top">
<tr>
<td align="left">Earth station height (<italic>h</italic>
<sub>0</sub>)</td>
<td align="center">1&#xa0;m</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">HAP altitude (<italic>H</italic>)</td>
<td align="center">20&#xa0;km</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Number of HAPs (<italic>N</italic>)</td>
<td align="center">6</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Inter HAP distance (<italic>D</italic>)</td>
<td align="center">300&#xa0;km</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Zenith angle (<italic>&#x3b8;</italic>)</td>
<td align="center">
<italic>&#x3c0;</italic>/6</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Optical wavelength (<italic>&#x3bb;</italic>
<sub>
<italic>o</italic>
</sub>)</td>
<td align="center">1550&#xa0;nm</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Wind speed (<italic>w</italic>
<sub>0</sub>)</td>
<td align="center">21&#xa0;m/s</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Turbulence strength at ground level <inline-formula id="inf74">
<mml:math id="m107">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="center">5 &#xd7; 10<sup>&#x2212;13</sup> m<sup>&#x2212;2/3</sup>
</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Parameters related to the pointing error of ES-HAP link (<italic>a</italic>, <italic>&#x3c9;</italic>
<sub>
<italic>L</italic>
</sub>, <italic>&#x3c3;</italic>)</td>
<td align="center">10&#xa0;cm, 50&#xa0;cm, 10&#xa0;cm</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Parameters related to the pointing error of HAP-HAP link (<italic>a</italic>, <italic>&#x3c9;</italic>
<sub>
<italic>L</italic>
</sub>, <italic>&#x3c3;</italic>)</td>
<td align="center">10 cm, 30&#xa0;cm, 7&#xa0;cm</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Transmit and receive telescope gain for ES-HAP link (<italic>G</italic>
<sub>
<italic>tE</italic>
</sub>, <italic>G</italic>
<sub>
<italic>rH</italic>
</sub>)</td>
<td align="center">5&#xa0;dB, 10&#xa0;dB</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Transmit and receive telescope gain for HAP-HAP link (<italic>G</italic>
<sub>
<italic>tH</italic>
</sub>, <italic>G</italic>
<sub>
<italic>rH</italic>
</sub>)</td>
<td align="center">10&#xa0;dB, 15&#xa0;dB</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Transmit and receive telescope gain for HAP-MUs link (<italic>G</italic>
<sub>
<italic>tH</italic>
</sub>, <italic>G</italic>
<sub>
<italic>rU</italic>
</sub>)</td>
<td align="center">28&#xa0;dB, 10&#xa0;dB</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Optical receiver bandwidth (<italic>B</italic>
<sub>
<italic>o</italic>
</sub>)</td>
<td align="center">30&#xa0;GHz,</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">RF receiver bandwidth (<italic>B</italic>
<sub>
<italic>r</italic>
</sub>)</td>
<td align="center">20&#xa0;MHz</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Noise temperature at optical and RF receivers (<italic>T</italic>
<sub>
<italic>o</italic>
</sub>, <italic>T</italic>
<sub>
<italic>r</italic>
</sub>)</td>
<td align="center">300&#xa0;K, 58&#xa0;K</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Noise figure</td>
<td align="center">2&#xa0;dB</td>
</tr>
<tr>
<td rowspan="2" align="left">Various attenuation losses in RF propagation link</td>
<td align="center">
<italic>L</italic>
<sub>
<italic>A</italic>
</sub>&#x3d; 5.4 &#xd7; 10<sup>&#x2212;3</sup> dB/km,</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">
<italic>L</italic>
<sub>
<italic>R</italic>
</sub>&#x3d; 0.01&#xa0;dB/km, <italic>L</italic>
<sub>
<italic>O</italic>
</sub> &#x3d; 2 dB</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<p>In <xref ref-type="fig" rid="F3">Figure 3</xref>, analytical and simulation results of outage probability against transmit SNR are shown for all three links. In <xref ref-type="fig" rid="F3">Figure 3A</xref>, analytical and simulation results of ES-HAP link are compared for both the IM/DD and heterodyne detection (Het. in figures) techniques for different atmospheric turbulence conditions based on various ground turbulence i.e. <inline-formula id="inf75">
<mml:math id="m108">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1.7</mml:mn>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>14</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf76">
<mml:math id="m109">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>5</mml:mn>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>13</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf77">
<mml:math id="m110">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula>, (in m<sup>&#x2212;2/3</sup>) respectively for weak, moderate, and strong ground turbulence conditions. Simulation results match well with the analytical results and validate the accuracy. From <xref ref-type="fig" rid="F3">Figure 3A</xref>, we observe a significant improvement in outage performance while going from strong to weak turbulence for both the detection techniques. Also, heterodyne detection provides significant performance improvement than IM/DD due to its capability in handling turbulence effects more efficiently despite having implementation complexity (<xref ref-type="bibr" rid="B46">Zedini et al., 2016</xref>). For the performance analysis, <italic>a</italic> &#x3d; 10&#xa0;cm, <italic>&#x3c9;</italic>
<sub>
<italic>L</italic>
</sub> &#x3d; 50&#xa0;cm, and <italic>&#x3c3;</italic> &#x3d; 10&#xa0;cm are considered which corresponds to <italic>&#x3f5;</italic> &#x3d; 2.553. The same can be conducted for different values of <italic>&#x3f5;</italic> by varying these selection parameters to show the impact of pointing error. In <xref ref-type="fig" rid="F3">Figure 3B</xref>, analytical and simulation results of HAP-HAP link are compared for various values of <italic>&#x3c9;</italic>
<sub>
<italic>L</italic>
</sub>/<italic>a</italic> which corresponds to different values of <italic>&#x3f5;</italic>
<sub>
<italic>o</italic>
</sub>. Simulation results match well with the analytical results and validate the accuracy. Further, selection of appropriate values of <italic>a</italic>, <italic>&#x3c9;</italic>
<sub>
<italic>L</italic>
</sub>, and <italic>&#x3c3;</italic> results in an appropriate <italic>&#x3f5;</italic>
<sub>
<italic>o</italic>
</sub> for desired system performance. <xref ref-type="fig" rid="F3">Figure 3C</xref> compares the analytical and simulation results of HAP to terrestrial MUs link for different values of fading severity <italic>m</italic>, number of antenna <italic>N</italic>
<sub>
<italic>t</italic>
</sub>, and number of terrestrial users <italic>U</italic>. <italic>U</italic> &#x3d; 1 gives the performance of <italic>u</italic>th terrestrial MU while increasing <italic>U</italic> gives the flexibility of user selection. Considering <italic>U</italic> &#x3d; 1, <italic>m</italic> &#x3d; 1, <italic>N</italic>
<sub>
<italic>t</italic>
</sub> &#x3d; 1 as a reference case, we observe significant performance improvement while increasing <italic>m</italic> or <italic>N</italic>
<sub>
<italic>t</italic>
</sub> or both. However, increase in <italic>N</italic>
<sub>
<italic>t</italic>
</sub> gives better performance than increase in <italic>m</italic>. Increase in <italic>U</italic> provides the user selection flexibility and improves the outage performance further.</p>
<fig id="F3" position="float">
<label>FIGURE 3</label>
<caption>
<p>Comparison of analytical and simulation results of individual link&#x2019;s outage probability against transmit SNR for <bold>(A)</bold> ES-HAP link, <bold>(B)</bold> HAP-HAP link, and <bold>(C)</bold> HAP-MUs link.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="frcmn-03-746201-g003.tif"/>
</fig>
<p>In <xref ref-type="fig" rid="F4">Figure 4</xref>, analytical, simulation, and asymptotic results of overall system outage probability are compared for various values of <italic>U</italic>, <italic>m</italic>, and <italic>N</italic>
<sub>
<italic>t</italic>
</sub> while heterodyne detection is considered at FSO receiver. For the analysis, <inline-formula id="inf78">
<mml:math id="m111">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>5</mml:mn>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>13</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mspace width="0.3333em"/>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula> is considered and <italic>&#x3c9;</italic>
<sub>
<italic>L</italic>
</sub>/<italic>a</italic> &#x3d; 5 for moderate pointing error (<xref ref-type="fig" rid="F4">Figure 4A</xref>) and <italic>&#x3c9;</italic>
<sub>
<italic>L</italic>
</sub>/<italic>a</italic> &#x3d; 2 for severe pointing error (<xref ref-type="fig" rid="F4">Figure 4B</xref>) are considered. Rest of the parameters are shown in <xref ref-type="table" rid="T3">Table 3</xref>. From <xref ref-type="fig" rid="F4">Figure 4A</xref>, considering <italic>U</italic> &#x3d; 1, <italic>m</italic> &#x3d; 1, <italic>N</italic>
<sub>
<italic>t</italic>
</sub> &#x3d; 1 as reference case, for an outage probability of 10<sup>&#x2013;2</sup>, approximately 8.7 and 11.7&#xa0;dB gains are achieved while increasing <italic>m</italic> from one to two and <italic>N</italic>
<sub>
<italic>t</italic>
</sub> from 1 to 2, respectively. This indicates better performance with an increase in <italic>N</italic>
<sub>
<italic>t</italic>
</sub> than <italic>m</italic> by approximately 3&#xa0;dB. Further, the gain is same throughout the SNR range except for <italic>U</italic> &#x3d; 1, <italic>m</italic> &#x3d; 2, <italic>N</italic>
<sub>
<italic>t</italic>
</sub> &#x3d; 2 and <italic>U</italic> &#x3d; 2, <italic>m</italic> &#x3d; 2, <italic>N</italic>
<sub>
<italic>t</italic>
</sub> &#x3d; 2 cases. For <italic>U</italic> &#x3d; 2, <italic>m</italic> &#x3d; 2, <italic>N</italic>
<sub>
<italic>t</italic>
</sub> &#x3d; 2, there must be a significant performance improvement as shown in <xref ref-type="fig" rid="F3">Figure 3C</xref>, however, only slight improvement is observed over <italic>U</italic> &#x3d; 1, <italic>m</italic> &#x3d; 2, <italic>N</italic>
<sub>
<italic>t</italic>
</sub> &#x3d; 2. This is because the ES-HAP FSO link&#x2019;s performance reaches to its saturation which limits the overall outage performance. Hence, no further performance improvement is achieved with the increase in <italic>U</italic>, <italic>m</italic>, and <italic>N</italic>
<sub>
<italic>t</italic>
</sub> beyond <italic>U</italic> &#x3d; 2, <italic>m</italic> &#x3d; 2, <italic>N</italic>
<sub>
<italic>t</italic>
</sub> &#x3d; 2 case. In <xref ref-type="fig" rid="F4">Figure 4B</xref>, <italic>&#x3c9;</italic>
<sub>
<italic>L</italic>
</sub>/<italic>a</italic> &#x3d; 2 is maintained for the FSO links for severe pointing error case. From <xref ref-type="fig" rid="F4">Figure 4B</xref>, by considering <italic>U</italic> &#x3d; 1, <italic>m</italic> &#x3d; 1, <italic>N</italic>
<sub>
<italic>t</italic>
</sub> &#x3d; 1 as reference case, we can observe a clear performance improvement for <italic>U</italic> &#x3d; 1, <italic>m</italic> &#x3d; 2, <italic>N</italic>
<sub>
<italic>t</italic>
</sub> &#x3d; 1 or <italic>U</italic> &#x3d; 1, <italic>m</italic> &#x3d; 1, <italic>N</italic>
<sub>
<italic>t</italic>
</sub> &#x3d; 2. For further increase in <italic>U</italic>, <italic>m</italic>, or <italic>N</italic>
<sub>
<italic>t</italic>
</sub>, we can observe slight improvement only in the low and medium SNR range. However, no such improvement can be seen at high SNRs and all the curves merge with each other. This is because the ES-HAP FSO link&#x2019;s performance saturates early due to severe pointing error which limits the overall outage performance. Simulation results validate the analytical results presented in <xref ref-type="fig" rid="F4">Figure 4</xref>. Further, asymptotic results on outage probability are also shown in <xref ref-type="fig" rid="F4">Figure 4</xref> which match with the outage results at high SNRs for all the considered cases and validates the high SNR approximation. Further, the diversity order of the overall system is obtained as <inline-formula id="inf79">
<mml:math id="m112">
<mml:mi>min</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<fig id="F4" position="float">
<label>FIGURE 4</label>
<caption>
<p>Analytical, simulation, and asymptotic results of overall outage probability against transmit SNR for <bold>(A)</bold> Moderate pointing error and <bold>(B)</bold> Severe pointing error.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="frcmn-03-746201-g004.tif"/>
</fig>
<p>In <xref ref-type="fig" rid="F5">Figure 5</xref>, analytical and simulation results of ABER for 4-QAM are compared for various values of <italic>U</italic>, <italic>m</italic>, and <italic>N</italic>
<sub>
<italic>t</italic>
</sub> while heterodyne detection is considered at the FSO receiver. For the analysis, <inline-formula id="inf80">
<mml:math id="m113">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>5</mml:mn>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>13</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mspace width="0.3333em"/>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula> is considered and <italic>&#x3c9;</italic>
<sub>
<italic>L</italic>
</sub>/<italic>a</italic> &#x3d; 5 for moderate pointing error (<xref ref-type="fig" rid="F5">Figure 5A</xref>) and <italic>&#x3c9;</italic>
<sub>
<italic>L</italic>
</sub>/<italic>a</italic> &#x3d; 2 for severe pointing error (<xref ref-type="fig" rid="F5">Figure 5B</xref>) are considered. Rest of the parameters are shown in <xref ref-type="table" rid="T3">Table 3</xref>. From <xref ref-type="fig" rid="F5">Figure 5A</xref>, a significant improvement in ABER performance is observed with the increase in <italic>m</italic>, <italic>N</italic>
<sub>
<italic>t</italic>
</sub>, <italic>U</italic> or all as compared to the <italic>U</italic> &#x3d; 1, <italic>m</italic> &#x3d; 1, <italic>N</italic>
<sub>
<italic>t</italic>
</sub> &#x3d; 1 reference case. Further, simulation results validate the derived analytical results. Considering <italic>U</italic> &#x3d; 1, <italic>m</italic> &#x3d; 1, <italic>N</italic>
<sub>
<italic>t</italic>
</sub> &#x3d; 1 as a reference case, for an ABER of 10<sup>&#x2013;2</sup>, approximately 5.2 and 8.1&#xa0;dB gains achieved while increasing <italic>m</italic> from one to two and <italic>N</italic>
<sub>
<italic>t</italic>
</sub> from 1 to 2, respectively. Hence, increase in <italic>N</italic>
<sub>
<italic>t</italic>
</sub> gives nearly 2.9&#xa0;dB gain than the increase in <italic>m</italic>. Also for <italic>U</italic> &#x3d; 2, <italic>m</italic> &#x3d; 2, <italic>N</italic>
<sub>
<italic>t</italic>
</sub> &#x3d; 2, only marginal improvement is observed over the <italic>U</italic> &#x3d; 1, <italic>m</italic> &#x3d; 2, <italic>N</italic>
<sub>
<italic>t</italic>
</sub> &#x3d; 2 case. This is due to the fact that the ES-HAP FSO link&#x2019;s performance reaches to its saturation which limits the overall ABER performance. Hence, no further performance improvement is achieved with the increase in <italic>U</italic>, <italic>m</italic>, and <italic>N</italic>
<sub>
<italic>t</italic>
</sub> beyond <italic>U</italic> &#x3d; 2, <italic>m</italic> &#x3d; 2, <italic>N</italic>
<sub>
<italic>t</italic>
</sub> &#x3d; 2 case. In <xref ref-type="fig" rid="F5">Figure 5B</xref>, <italic>&#x3c9;</italic>
<sub>
<italic>L</italic>
</sub>/<italic>a</italic> &#x3d; 2 is maintained for the FSO links for severe pointing error case. From <xref ref-type="fig" rid="F5">Figure 5B</xref>, by considering <italic>U</italic> &#x3d; 1, <italic>m</italic> &#x3d; 1, <italic>N</italic>
<sub>
<italic>t</italic>
</sub> &#x3d; 1 as reference case, we can observe a clear ABER performance improvement for <italic>U</italic> &#x3d; 1, <italic>m</italic> &#x3d; 2, <italic>N</italic>
<sub>
<italic>t</italic>
</sub> &#x3d; 1 or <italic>U</italic> &#x3d; 1, <italic>m</italic> &#x3d; 1, <italic>N</italic>
<sub>
<italic>t</italic>
</sub> &#x3d; 2. However, for further increase in <italic>U</italic>, <italic>m</italic>, or <italic>N</italic>
<sub>
<italic>t</italic>
</sub>, we can observe slight improvement only in the low and medium SNR range. However, no so such improvement can be seen at high SNRs and all the curves merge with each other. This is because the ES-HAP FSO link&#x2019;s performance saturates early due to severe pointing error which limits the overall ABER performance. Further, simulation results validate the analytical results presented in <xref ref-type="fig" rid="F5">Figure 5</xref> for all the cases.</p>
<fig id="F5" position="float">
<label>FIGURE 5</label>
<caption>
<p>Analytical and simulation results of ABER against transmit SNR for 4-QAM with heterodyne detection at FSO receiver for <bold>(A)</bold> Moderate pointing error and <bold>(B)</bold> Severe pointing error.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="frcmn-03-746201-g005.tif"/>
</fig>
<p>In <xref ref-type="fig" rid="F6">Figure 6</xref>, ABER of various modulation schemes are compared against transmit SNR. For OOK modulation, IM/DD detection is considered at the FSO receiver while heterodyne detection is preferred for the rest of the complex modulation schemes. For the analysis, <italic>U</italic> &#x3d; 1, <italic>m</italic> &#x3d; 1, and <italic>N</italic>
<sub>
<italic>t</italic>
</sub> &#x3d; 2 are considered and other parameters are mentioned in <xref ref-type="table" rid="T3">Table 3</xref>. It is observed that BPSK provides significant gain in ABER performance than OOK as heterodyne detection provides significant performance improvement over IM/DD. To achieve an ABER of 10<sup>&#x2013;2</sup>, BPSK provides around 15&#xa0;dB gain over the OOK. Further, it is observed that the ABER performance of 4-QAM is same as 4-PSK. However, with the increase in constellation order, MQAM outperforms the MPSK. For an ABER of 10<sup>&#x2013;3</sup>, 16-QAM provides approximately 3.2&#xa0;dB gain over the 16-PSK. This gain improves further with the increase in M.</p>
<fig id="F6" position="float">
<label>FIGURE 6</label>
<caption>
<p>ABER comparison for various modulation schemes.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="frcmn-03-746201-g006.tif"/>
</fig>
</sec>
<sec id="s7">
<title>7 Conclusion</title>
<p>In this work, a mixed FSO/RF based multiple serial HAPs assisted multiuser multiantenna terrestrial communication system was considered, where ES-HAP and HAP-HAP links were FSO links and HAP to terrestrial MUs link was an RF link. Both the heterodyne detection and IM/DD techniques were considered at FSO receivers. The atmospheric turbulence of ES-HAP link was modeled with gamma-gamma fading with pointing error impairments. The HAP-HAP links were assumed to have pointing errors only. Multiantenna array was considered at the <italic>Nth</italic> HAP and best user selection was performed to improve the performance of RF links for the terrestrial users which were Nakagami-m distributed. For the performance analysis, analytical expressions of individual link&#x2019;s outage probability, overall outage probability, asymptotic outage probability, and a generalized ABER expression of various modulation schemes were derived. Finally, the impact of various selection parameters like pointing error, FSO detection type, MU selection, RF fading severity, and the number of antennas were observed on their performance. The proposed system model and the analysis shown in this work is generalized. All the parameters can be adjusted and the considered system model can be deployed for various specific wireless communication applications. By considering number of HAPs equal to one, the multi-hop serial HAPs assisted hybrid FSO/RF system can be converted into a dual-hop HAP assisted hybrid FSO/RF system which can be applied for a short range highly reliable and robust high data-rate communication for various wireless applications including the emergency disastrous situations, temporary mass events, and even in military applications. By considering <italic>N</italic> HAPs in a serial mode, the coverage for the communication can be improved till several hundred kilometers and the problem of connecting the unconnected can be solved.</p>
</sec>
</body>
<back>
<sec id="s8">
<title>Data Availability Statement</title>
<p>The original contributions presented in the study are included in the article/Supplementary Material, further inquiries can be directed to the corresponding author.</p>
</sec>
<sec id="s9">
<title>Author Contributions</title>
<p>All authors listed have made a substantial, direct, and intellectual contribution to the work and approved it for publication.</p>
</sec>
<sec id="s10">
<title>Funding</title>
<p>This work is supported by the King Abdullah University of Science and Technology (KAUST), Saudi Arabia.</p>
</sec>
<sec sec-type="COI-statement" id="s11">
<title>Conflict of Interest</title>
<p>The authors declare that the research was conducted in the absence of any commercial or financial relationships that could be construed as a potential conflict of interest.</p>
</sec>
<sec sec-type="disclaimer" id="s12">
<title>Publisher&#x2019;s Note</title>
<p>All claims expressed in this article are solely those of the authors and do not necessarily represent those of their affiliated organizations, or those of the publisher, the editors and the reviewers. Any product that may be evaluated in this article, or claim that may be made by its manufacturer, is not guaranteed or endorsed by the publisher.</p>
</sec>
<ack>
<p>Authors would like to thank King Abdullah University of Science and Technology (KAUST), Saudi Arabia for the support.</p>
</ack>
<fn-group>
<fn id="FN1">
<label>1</label>
<p>Please note that <italic>&#x3f5;</italic>
<sub>
<italic>o</italic>
</sub> is same as <italic>&#x3f5;</italic>, related to the severity of pointing error. However, <italic>&#x3f5;</italic>
<sub>
<italic>o</italic>
</sub> shows the severity of pointing error of the inter-HAP links which is different than <italic>&#x3f5;</italic> related to the ES-HAP link&#x2019;s pointing error severity because different selection parameters are considered for both the links.</p>
</fn>
</fn-group>
<ref-list>
<title>References</title>
<ref id="B1">
<citation citation-type="confproc">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Ahmad</surname>
<given-names>I.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Nguyen</surname>
<given-names>K. D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Letzepis</surname>
<given-names>N.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2017</year>). &#x201c;<article-title>Performance Analysis of High Throughput Satellite Systems with Optical Feeder Links</article-title>,&#x201d; in <conf-name>IEEE Global Commun. Conf. (GLOBECOM)</conf-name>, <conf-loc>Singapore</conf-loc>, <conf-date>4&#x2013;8 Dec 2017</conf-date> (<publisher-name>IEEE</publisher-name>), <fpage>1</fpage>&#x2013;<lpage>7</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/glocom.2017.8255105</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B2">
<citation citation-type="confproc">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Antonini</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Betti</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Carrozzo</surname>
<given-names>V.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Duca</surname>
<given-names>E.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ruggieri</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2006</year>). &#x201c;<article-title>Feasibility Analysis of a HAP-LEO Optical Link for Data Relay Purposes</article-title>,&#x201d; in <conf-name>IEEE Aero. Conf.</conf-name>, <conf-loc>Big Sky, MT, USA</conf-loc>, <conf-date>4&#x2013;11 March 2006</conf-date> (<publisher-name>IEEE</publisher-name>), <fpage>1</fpage>&#x2013;<lpage>7</lpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B3">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Ashrafzadeh</surname>
<given-names>B.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zaimbashi</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Soleimani-Nasab</surname>
<given-names>E.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Uysal</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Unified Performance Analysis of Multi-Hop FSO Systems over Double Generalized Gamma Turbulence Channels with Pointing Errors</article-title>. <source>IEEE Trans. Wireless Commun.</source> <volume>19</volume>, <fpage>7732</fpage>&#x2013;<lpage>7746</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/twc.2020.3015780</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B4">
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Beckmann</surname>
<given-names>P.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Spizzichino</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1987</year>). <source>The Scattering of Electromagnetic Waves from Rough Surfaces</source>. <publisher-loc>Norwood, MA, USA</publisher-loc>: <publisher-name>Artech House Radar Library; Artech Print on Demand</publisher-name>. </citation>
</ref>
<ref id="B5">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Bhatnagar</surname>
<given-names>M. R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Arti</surname>
<given-names>M. K.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2013</year>). <article-title>Performance Analysis of Hybrid Satellite-Terrestrial FSO Cooperative System</article-title>. <source>IEEE Photon. Technol. Lett.</source> <volume>25</volume>, <fpage>2197</fpage>&#x2013;<lpage>2200</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/lpt.2013.2282836</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B6">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Chen</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yang</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>W.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yang</surname>
<given-names>H.-C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Liu</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hasna</surname>
<given-names>M. O.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2019</year>). <article-title>A Novel Energy Harvesting Scheme for Mixed FSO-RF Relaying Systems</article-title>. <source>IEEE Trans. Veh. Technol.</source> <volume>68</volume>, <fpage>8259</fpage>&#x2013;<lpage>8263</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/tvt.2019.2925736</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B7">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Datsikas</surname>
<given-names>C. K.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Peppas</surname>
<given-names>K. P.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sagias</surname>
<given-names>N. C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Tombras</surname>
<given-names>G. S.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2010</year>). <article-title>Serial Free-Space Optical Relaying Communications over Gamma-Gamma Atmospheric Turbulence Channels</article-title>. <source>J. Opt. Commun. Netw.</source> <volume>2</volume>, <fpage>576</fpage>&#x2013;<lpage>586</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1364/jocn.2.000576</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B8">
<citation citation-type="confproc">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>David</surname>
<given-names>F.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Giggenbach</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Henniger</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Horwath</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Landrock</surname>
<given-names>R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Perlot</surname>
<given-names>N.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2004</year>). &#x201c;<article-title>Design Considerations for Optical Inter-HAP Links</article-title>,&#x201d; in <conf-name>AIAA Int. Commun. Satellite Syst. Conf. Exhibit (ICSSC)</conf-name>, <fpage>3144</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.2514/6.2004-3144</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B9">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>d&#x2019;Oliveira</surname>
<given-names>F. A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Melo</surname>
<given-names>F. C. L. D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Devezas</surname>
<given-names>T. C.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2016</year>). <article-title>High-Altitude Platforms&#x2014;Present Situation and Technology Trends</article-title>. <source>J. Aero. Technol. Manage.</source> <volume>8</volume>, <fpage>249</fpage>&#x2013;<lpage>262</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.5028/jatm.v8i3.699</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B10">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Farid</surname>
<given-names>A. A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hranilovic</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2007</year>). <article-title>Outage Capacity Optimization for Free-Space Optical Links with Pointing Errors</article-title>. <source>J. Lightwave Technol.</source> <volume>25</volume>, <fpage>1702</fpage>&#x2013;<lpage>1710</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/jlt.2007.899174</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B11">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Fidler</surname>
<given-names>F.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Knapek</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Horwath</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Leeb</surname>
<given-names>W. R.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2010</year>). <article-title>Optical Communications for High-Altitude Platforms</article-title>. <source>IEEE J. Select. Top. Quan. Electron.</source> <volume>16</volume>, <fpage>1058</fpage>&#x2013;<lpage>1070</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/jstqe.2010.2047382</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B12">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Gao</surname>
<given-names>N.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Jin</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Matthaiou</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Aerial RIS-Assisted High Altitude Platform Communications</article-title>. <source>IEEE Wireless Commun. Lett.</source> <volume>10</volume>, <fpage>2096</fpage>&#x2013;<lpage>2100</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/lwc.2021.3091164</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B13">
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Gradshteyn</surname>
<given-names>I.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ryzhik</surname>
<given-names>I.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2000</year>). <source>Table of Integrals, Series and Products</source>. <edition>6th ed</edition>. <publisher-loc>New York, NY, USA</publisher-loc>: <publisher-name>Academic</publisher-name>. </citation>
</ref>
<ref id="B14">
<citation citation-type="book">
<collab>ITU-Radiocommun</collab> (<year>2000</year>). <source>Preferred Characteristics of Systems in the Fixed Service Using High Altitude Platforms Operating in the Bands 47.2-47.5 GHz and 47.9-48.2 GHz</source>. <publisher-loc>Geneva</publisher-loc>: <publisher-name>International Telecommunication Union, Electronic Publication</publisher-name>. <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://www.itu.int/dms_pubrec/itu-r/rec/f/R-REC-F.1500-0-200005-I&#x21;&#x21;PDF-E.pdf">https://www.itu.int/dms_pubrec/itu-r/rec/f/R-REC-F.1500-0-200005-I&#x21;&#x21;PDF-E.pdf</ext-link>. </citation>
</ref>
<ref id="B15">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Jung</surname>
<given-names>K.-J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Nam</surname>
<given-names>S. S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Alouini</surname>
<given-names>M.-S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ko</surname>
<given-names>Y.-C.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Unified Finite Series Approximation of FSO Performance Over Strong Turbulence Combined with Various Pointing Error Conditions</article-title>. <source>IEEE Trans. Commun.</source> <volume>68</volume>, <fpage>6413</fpage>&#x2013;<lpage>6425</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/tcomm.2020.3008459</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B16">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Kong</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lin</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhu</surname>
<given-names>W.-P.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Amindavar</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Alouini</surname>
<given-names>M.-S.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Multiuser Scheduling for Asymmetric FSO/RF Links in Satellite-UAV-Terrestrial Networks</article-title>. <source>IEEE Wireless Commun. Lett.</source> <volume>9</volume>, <fpage>1235</fpage>&#x2013;<lpage>1239</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/lwc.2020.2986750</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B17">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Kurt</surname>
<given-names>G. K.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Khoshkholgh</surname>
<given-names>M. G.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Alfattani</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ibrahim</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Darwish</surname>
<given-names>T. S. J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Alam</surname>
<given-names>M. S.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2021</year>). <article-title>A Vision and Framework for the High Altitude Platform Station (HAPS) Networks of the Future</article-title>. <source>IEEE Commun. Surv. Tutorials</source> <volume>23</volume>, <fpage>729</fpage>&#x2013;<lpage>779</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/comst.2021.3066905</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B18">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Lee</surname>
<given-names>J.-H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Park</surname>
<given-names>K.-H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ko</surname>
<given-names>Y.-C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Alouini</surname>
<given-names>M.-S.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Throughput Maximization of Mixed FSO/RF UAV-Aided Mobile Relaying with a Buffer</article-title>. <source>IEEE Trans. Wireless Commun.</source> <volume>20</volume>, <fpage>683</fpage>&#x2013;<lpage>694</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TWC.2020.3028068</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B19">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chen</surname>
<given-names>T.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Fan</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Dang</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2019</year>). <article-title>Performance Analysis of a Multiuser Dual-Hop Amplify-And-Forward Relay System with FSO/RF Links</article-title>. <source>J. Opt. Commun. Netw.</source> <volume>11</volume>, <fpage>362</fpage>&#x2013;<lpage>370</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1364/jocn.11.000362</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B20">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Liu</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lin</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhu</surname>
<given-names>W.-P.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>J.-Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Upadhyay</surname>
<given-names>P. K.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Outage Performance for Mixed FSO-RF Transmission in Satellite-Aerial- Terrestrial Networks</article-title>. <source>IEEE Photon. Technol. Lett.</source> <volume>32</volume>, <fpage>1349</fpage>&#x2013;<lpage>1352</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/lpt.2020.3025452</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B21">
<citation citation-type="confproc">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Michailidis</surname>
<given-names>E. T.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Nomikos</surname>
<given-names>N.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Bithas</surname>
<given-names>P.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Vouyioukas</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kanatas</surname>
<given-names>A. G.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2018</year>). &#x201c;<article-title>Outage Probability of Triple-Hop Mixed RF/FSO/RF Stratospheric Communication Systems</article-title>,&#x201d; in <conf-name>Proc. IEEE Int. Conf. Adv. Satellite Space Commun. (SPACOMM)</conf-name>, <conf-loc>Athens, Greece</conf-loc>, <conf-date>April 22&#x2013;26, 2018</conf-date>, <fpage>1</fpage>&#x2013;<lpage>6</lpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B22">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Milas</surname>
<given-names>V.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Koletta</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Constantinou</surname>
<given-names>P.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2003</year>). <article-title>Interference and Compatibility Studies Between Satellite Service Systems and Systems Using High Altitude Platform Stations</article-title>. <source>ESA Spec. Publ.</source> <volume>541</volume>, <fpage>34</fpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B23">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Miura</surname>
<given-names>R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Oodo</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2001</year>). <article-title>Wireless Communications System Using Stratospheric Platforms: R and D Program on Telecom and Broadcasting System Using High Altitude Platform Stations</article-title>. <source>J. Commun. Res. Lab.</source> <volume>48</volume>, <fpage>33</fpage>&#x2013;<lpage>48</lpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B24">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Mozaffari</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Saad</surname>
<given-names>W.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Bennis</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Nam</surname>
<given-names>Y.-H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Debbah</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2019</year>). <article-title>A Tutorial on UAVs for Wireless Networks: Applications, Challenges, and Open Problems</article-title>. <source>IEEE Commun. Surv. Tutorials</source> <volume>21</volume>, <fpage>2334</fpage>&#x2013;<lpage>2360</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/comst.2019.2902862</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B25">
<citation citation-type="confproc">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Parthasarathy</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Giggenbach</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kirst&#xe4;dter</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2014</year>). &#x201c;<article-title>Channel Modelling for Free-Space Optical Inter-HAP Links Using Adaptive ARQ Transmission</article-title>,&#x201d; in <conf-name>Unmanned/Unattended Sensors and Sensor Networks X (International Society for Optics and Photonics)</conf-name>, <conf-loc>Amsterdam, Netherlands</conf-loc>, <conf-date>17 October 2014</conf-date>, <volume>9248</volume>, <fpage>92480Q</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1117/12.2067195</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B26">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Saleh Altubaishi</surname>
<given-names>E.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Alhamawi</surname>
<given-names>K.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2019</year>). <article-title>Capacity Analysis of Hybrid AF Multi-Hop FSO/RF System Under Pointing Errors and Weather Effects</article-title>. <source>IEEE Photon. Technol. Lett.</source> <volume>31</volume>, <fpage>1304</fpage>&#x2013;<lpage>1307</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/lpt.2019.2926679</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B27">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Sharma</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chadha</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chandra</surname>
<given-names>V.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2016</year>). <article-title>High-Altitude Platform for Free-Space Optical Communication: Performance Evaluation and Reliability Analysis</article-title>. <source>J. Opt. Commun. Netw.</source> <volume>8</volume>, <fpage>600</fpage>&#x2013;<lpage>609</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1364/jocn.8.000600</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B28">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Sharma</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Madhukumar</surname>
<given-names>A. S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>R.</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2019</year>). <article-title>Switching-Based Cooperative Decode-And-Forward Relaying for Hybrid FSO/RF Networks</article-title>. <source>J. Opt. Commun. Netw.</source> <volume>11</volume>, <fpage>267</fpage>&#x2013;<lpage>281</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1364/jocn.11.000267</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B29">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Shibata</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kanazawa</surname>
<given-names>N.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Konishi</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hoshino</surname>
<given-names>K.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ohta</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Nagate</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2020</year>). <article-title>System Design of Gigabit HAPS Mobile Communications</article-title>. <source>IEEE Access</source> <volume>8</volume>, <fpage>157995</fpage>&#x2013;<lpage>158007</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/access.2020.3019820</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B30">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Singya</surname>
<given-names>P. K.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Alouini</surname>
<given-names>M.-S.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Performance of UAV Assisted Multiuser Terrestrial-Satellite Communication System Over Mixed FSO/RF Channels</article-title>. <source>IEEE Trans. Aero. Electron. Syst</source>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/taes.2021.3111787</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B31">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Singya</surname>
<given-names>P. K.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kumar</surname>
<given-names>N.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Bhatia</surname>
<given-names>V.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Alouini</surname>
<given-names>M.-S.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2019</year>). <article-title>On Performance of Hexagonal, Cross, and Rectangular QAM for Multi-Relay Systems</article-title>. <source>IEEE Access</source> <volume>7</volume>, <fpage>60602</fpage>&#x2013;<lpage>60616</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/access.2019.2915375</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B32">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Singya</surname>
<given-names>P. K.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kumar</surname>
<given-names>N.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Bhatia</surname>
<given-names>V.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Alouini</surname>
<given-names>M.-S.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2020</year>). <article-title>On the Performance Analysis of Higher Order QAM Schemes Over Mixed RF/FSO Systems</article-title>. <source>IEEE Trans. Veh. Technol.</source> <volume>69</volume>, <fpage>7366</fpage>&#x2013;<lpage>7378</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/tvt.2020.2990747</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B33">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Singya</surname>
<given-names>P. K.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kumar</surname>
<given-names>N.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Bhatia</surname>
<given-names>V.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2018</year>). <article-title>Impact of Imperfect CSI on ASER of Hexagonal and Rectangular QAM for AF Relaying Network</article-title>. <source>IEEE Commun. Lett.</source> <volume>22</volume>, <fpage>428</fpage>&#x2013;<lpage>431</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/lcomm.2017.2778153</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B34">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Swaminathan</surname>
<given-names>R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sharma</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Vishwakarma</surname>
<given-names>N.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Madhukumar</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2021</year>). <article-title>HAPS-Based Relaying for Integrated Space-Air-Ground Networks with Hybrid FSO/RF Communication: A Performance Analysis</article-title>. <source>IEEE Trans. Aero. Electron. Syst.</source> <volume>57</volume>, <fpage>1581</fpage>&#x2013;<lpage>1599</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TAES.2021.3050663</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B35">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Trichili</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Cox</surname>
<given-names>M. A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ooi</surname>
<given-names>B. S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Alouini</surname>
<given-names>M.-S.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Roadmap to Free Space Optics</article-title>. <source>J. Opt. Soc. Am. B</source> <volume>37</volume>, <fpage>A184</fpage>&#x2013;<lpage>A201</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1364/josab.399168</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B36">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Trichili</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ragheb</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Briantcev</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Esmail</surname>
<given-names>M. A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Altamimi</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ashry</surname>
<given-names>I.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Retrofitting FSO Systems in Existing RF Infrastructure: A Non-Zero-Sum Game Technology</article-title>. <source>IEEE Open J. Commun. Soc.</source> <volume>2</volume>, <fpage>2597</fpage>&#x2013;<lpage>2615</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/ojcoms.2021.3130645</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B37">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Vaiopoulos</surname>
<given-names>N.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sandalidis</surname>
<given-names>H. G.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Varoutas</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2013</year>). <article-title>Using a HAP Network to Transfer WiMAX OFDM Signals: Outage Probability Analysis</article-title>. <source>J. Opt. Commun. Netw.</source> <volume>5</volume>, <fpage>711</fpage>&#x2013;<lpage>721</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1364/jocn.5.000711</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B38">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>P.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Cao</surname>
<given-names>T.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Guo</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yang</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2015</year>). <article-title>Performance Analysis of Multihop Parallel Free-Space Optical Systems Over Exponentiated Weibull Fading Channels</article-title>. <source>IEEE Photon. J.</source> <volume>7</volume>, <fpage>1</fpage>&#x2013;<lpage>17</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/jphot.2015.2396115</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B39">
<citation citation-type="web">
<collab>Wolframe</collab> (<year>1998</year>). <article-title>The Wolfram Function Site</article-title>. <comment>Available at: <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://functions.wolfram.com/">http://functions.wolfram.com/</ext-link>
</comment>. </citation>
</ref>
<ref id="B40">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Xu</surname>
<given-names>G.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Song</surname>
<given-names>Z.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Performance Analysis for Mixed <italic>&#x3ba;-&#x3bc;</italic> Fading and M-Distribution Dual-Hop Radio Frequency/Free Space Optical Communication Systems</article-title>. <source>IEEE Trans. Wireless Commun.</source> <volume>20</volume>, <fpage>1517</fpage>&#x2013;<lpage>1528</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TWC.2020.3034104</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B41">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Xu</surname>
<given-names>G.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Song</surname>
<given-names>Z.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Performance Analysis of a UAV-Assisted RF/FSO Relaying Systems for Internet of Vehicles</article-title>. <source>IEEE Internet Things J.</source> <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/JIOT.2021.3051211</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B42">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Xu</surname>
<given-names>G.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>Q.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Mixed RF/FSO Deep Space Communication System Under Solar Scintillation Effect</article-title>. <source>IEEE Trans. Aero. Electron. Syst.</source> <volume>57</volume>, <fpage>3237</fpage>&#x2013;<lpage>3251</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/taes.2021.3074130</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B43">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Yang</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yuan</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Liu</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hasna</surname>
<given-names>M. O.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2018</year>). <article-title>On the Performance of LAP-Based Multiple-Hop RF/FSO Systems</article-title>. <source>IEEE Trans. Aero. Electron. Syst.</source> <volume>55</volume>, <fpage>499</fpage>&#x2013;<lpage>505</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TAES.2018.2852399</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B44">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Zedini</surname>
<given-names>E.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Alouini</surname>
<given-names>M.-S.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2015</year>). <article-title>Multihop Relaying over IM/DD FSO Systems with Pointing Errors</article-title>. <source>J. Lightwave Technol.</source> <volume>33</volume>, <fpage>5007</fpage>&#x2013;<lpage>5015</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/jlt.2015.2492244</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B45">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Zedini</surname>
<given-names>E.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kammoun</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Alouini</surname>
<given-names>M.-S.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Performance of Multibeam Very High Throughput Satellite Systems Based on FSO Feeder Links with HPA Nonlinearity</article-title>. <source>IEEE Trans. Wireless Commun.</source> <volume>19</volume>, <fpage>5908</fpage>&#x2013;<lpage>5923</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/twc.2020.2998139</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B46">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Zedini</surname>
<given-names>E.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Soury</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Alouini</surname>
<given-names>M.-S.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2016</year>). <article-title>On the Performance Analysis of Dual-Hop Mixed FSO/RF Systems</article-title>. <source>IEEE Trans. Wireless Commun.</source> <volume>15</volume>, <fpage>3679</fpage>&#x2013;<lpage>3689</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/twc.2016.2524685</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B47">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Zhan</surname>
<given-names>P.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yu</surname>
<given-names>K.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Swindlehurst</surname>
<given-names>A. L.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2011</year>). <article-title>Wireless Relay Communications with Unmanned Aerial Vehicles: Performance and Optimization</article-title>. <source>IEEE Trans. Aerosp. Electron. Syst.</source> <volume>47</volume>, <fpage>2068</fpage>&#x2013;<lpage>2085</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/taes.2011.5937283</pub-id> </citation>
</ref>
</ref-list>
<app-group>
<app id="app1">
<title>Appendix</title>
<p>We have considered the Gamma-Gamma distribution for the atmospheric turbulence modeling of the ES-HAP FSO link and Meijer-G function is the prime element in the analytical expression. Hence, for asymptotic analysis, the meijer-G function must be approximated at high SNR which can be represented by the basic elementary form as (<xref ref-type="bibr" rid="B39">Wolframe, 1998</xref>, (07.34.06.0001.01))<disp-formula id="e34">
<mml:math id="m114">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>G</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x007C;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="|" close="">
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2248;</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo movablelimits="false" form="prefix">&#x220f;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mo>&#x2260;</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo movablelimits="false" form="prefix">&#x220f;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo movablelimits="false" form="prefix">&#x220f;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo movablelimits="false" form="prefix">&#x220f;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(34)</label>
</disp-formula>where <italic>&#x3f1;</italic>
<sub>3</sub> &#x3d; [1, <italic>&#x3f1;</italic>
<sub>1</sub>] and <italic>&#x3f1;</italic>
<sub>4</sub> &#x3d; [<italic>&#x3f1;</italic>
<sub>2</sub>, 0]. As the power on the transmit SNR term decides the diversity order, the dominant term from <xref ref-type="disp-formula" rid="e34">(34)</xref> can be obtained as <inline-formula id="inf81">
<mml:math id="m115">
<mml:mi>min</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Now considering the high SNR approximation of <inline-formula id="inf82">
<mml:math id="m116">
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3d2;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2248;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:math>
</inline-formula>, the CDF and PDF of the Nakagami-m distributed RF link for the <italic>u</italic>th MU can be approximated as <inline-formula id="inf83">
<mml:math id="m117">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2248;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>U</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf84">
<mml:math id="m118">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2248;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>U</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula>, respectively. Substituting the approximate CDF and PDF expression in <xref ref-type="disp-formula" rid="e23">(23)</xref>, the CDF expression of HAP-MU terrestrial link can be approximated as<disp-formula id="e35">
<mml:math id="m119">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2248;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>U</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>U</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(35)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>From <xref ref-type="disp-formula" rid="e35">(35)</xref>, it is observed that the diversity order of the RF link is <italic>U</italic> &#xd7; <italic>m</italic> &#xd7; <italic>N</italic>
<sub>
<italic>t</italic>
</sub> which directly depends on the number of terrestrial MUs (<italic>U</italic>), number of antennas (<italic>N</italic>
<sub>
<italic>t</italic>
</sub>), and RF link&#x2019;s fading severity <italic>m</italic>. Finally, substituting (<xref ref-type="disp-formula" rid="e34">34</xref>) and (<xref ref-type="disp-formula" rid="e35">35</xref>) in <xref ref-type="disp-formula" rid="e29">(29)</xref>, asymptotic outage probability for the considered system is obtained as (<xref ref-type="disp-formula" rid="e30">30</xref>).</p>
</app>
</app-group>
</back>
</article>