<?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">1337697</article-id>
<article-id pub-id-type="doi">10.3389/frcmn.2024.1337697</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>A stochastic geometry-based performance analysis of a UAV corridor-assisted IoT network</article-title>
<alt-title alt-title-type="left-running-head">Armeniakos et al.</alt-title>
<alt-title alt-title-type="right-running-head">
<ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.3389/frcmn.2024.1337697">10.3389/frcmn.2024.1337697</ext-link>
</alt-title>
</title-group>
<contrib-group>
<contrib contrib-type="author" corresp="yes">
<name>
<surname>Armeniakos</surname>
<given-names>Harris K.</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1">
<sup>1</sup>
</xref>
<xref ref-type="corresp" rid="c001">&#x2a;</xref>
<uri xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/2427366/overview"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/conceptualization/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/methodology/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/investigation/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/software/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/validation/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/visualization/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/writing-original-draft/"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Maliatsos</surname>
<given-names>Konstantinos</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff2">
<sup>2</sup>
</xref>
<uri xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/2627550/overview"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/methodology/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/supervision/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/Writing - review &#x26; editing/"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Bithas</surname>
<given-names>Petros S.</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff3">
<sup>3</sup>
</xref>
<uri xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/157466/overview"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/methodology/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/supervision/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/Writing - review &#x26; editing/"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Kanatas</surname>
<given-names>Athanasios G.</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1">
<sup>1</sup>
</xref>
<uri xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/958042/overview"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/methodology/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/supervision/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/Writing - review &#x26; editing/"/>
</contrib>
</contrib-group>
<aff id="aff1">
<sup>1</sup>
<institution>Department of Digital Systems</institution>, <institution>University of Piraeus</institution>, <addr-line>Piraeus</addr-line>, <country>Greece</country>
</aff>
<aff id="aff2">
<sup>2</sup>
<institution>Department of Information and Communication Systems Engineering</institution>, <institution>School of Engineering</institution>, <institution>University of the Aegean</institution>, <addr-line>Samos</addr-line>, <country>Greece</country>
</aff>
<aff id="aff3">
<sup>3</sup>
<institution>Department of Digital Industry Technologies</institution>, <institution>National and Kapodistrian University of Athens</institution>, <addr-line>Athens</addr-line>, <country>Greece</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/973104/overview">Sofie Pollin</ext-link>, KULeuven, Belgium</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/2072540/overview">Kang An</ext-link>, National University of Defense Technology, China</p>
<p>
<ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/981459/overview">Zeeshan Kaleem</ext-link>, COMSATS University Islamabad, Pakistan</p>
<p>
<ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/2228510/overview">Zhuangzhuang Cui</ext-link>, KULeuven, Belgium</p>
</fn>
<corresp id="c001">&#x2a;Correspondence: Harris K. Armeniakos, <email>harmen@unipi.gr</email>
</corresp>
</author-notes>
<pub-date pub-type="epub">
<day>26</day>
<month>02</month>
<year>2024</year>
</pub-date>
<pub-date pub-type="collection">
<year>2024</year>
</pub-date>
<volume>5</volume>
<elocation-id>1337697</elocation-id>
<history>
<date date-type="received">
<day>13</day>
<month>11</month>
<year>2023</year>
</date>
<date date-type="accepted">
<day>07</day>
<month>02</month>
<year>2024</year>
</date>
</history>
<permissions>
<copyright-statement>Copyright &#xa9; 2024 Armeniakos, Maliatsos, Bithas and Kanatas.</copyright-statement>
<copyright-year>2024</copyright-year>
<copyright-holder>Armeniakos, Maliatsos, Bithas and Kanatas</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>The exploitation of unmanned aerial vehicles (UAVs) in enhancing network performance in the context of beyond-fifth-generation (5G) communications has shown a variety of benefits compared to terrestrial counterparts. In addition, they have been largely conceived to play a central role in data dissemination to Internet of Things (IoT) devices. In the proposed work, a novel stochastic geometry unified framework is proposed to study the downlink performance in a UAV-assisted IoT network that integrates both UAV-base stations (UAV-BSs) and terrestrial IoT receiving devices. The framework builds upon the concept of the aerial UAV corridor, which is modeled as a finite line above the IoT network, and the one-dimensional (1D) binomial point process (BPP) is employed for modeling the spatial locations of the UAV-BSs in the aerial corridor. Subsequently, a comprehensive SNR-based performance analysis in terms of coverage probability, average rate, and energy efficiency is conducted under three association strategies, namely, the <italic>n</italic>th nearest-selection scheme, the random selection scheme, and the joint transmission coordinated multi-point (JT-CoMP) scheme. The numerical results reveal valuable system-level insights and trade-offs and provide a firm foundation for the design of UAV-assisted IoT networks.</p>
</abstract>
<kwd-group>
<kwd>energy efficiency</kwd>
<kwd>internet of things</kwd>
<kwd>joint transmission coordinated multi-point</kwd>
<kwd>performance analysis</kwd>
<kwd>stochastic geometry</kwd>
<kwd>unmanned aerial vehicle</kwd>
<kwd>UAV corridors</kwd>
</kwd-group>
<custom-meta-wrap>
<custom-meta>
<meta-name>section-at-acceptance</meta-name>
<meta-value>Aerial and Space Networks</meta-value>
</custom-meta>
</custom-meta-wrap>
</article-meta>
</front>
<body>
<sec sec-type="intro" id="s1">
<title>1 Introduction</title>
<p>With the ever-increasing number of unmanned aerial vehicles (UAVs), UAV-based wireless communications are expected to play a pivotal role in the establishment of upcoming future networking infrastructures. Due to their inherent mobility and flexibility, they can act as aerial base stations (BSs) by supporting wireless connectivity for existing terrestrial BSs and providing reliable and cost-effective on-the-fly communications (<xref ref-type="bibr" rid="B24">Lin et al., 2021</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B25">Lin et al., 2022</xref>). In addition, they can offer additional throughput and coverage in some hotspots or assist in emergencies, disasters, and critical situations (<xref ref-type="bibr" rid="B27">Matracia et al., 2023</xref>) for ground users. In such scenarios, the deployment of UAVs is crucial for providing maximum coverage (<xref ref-type="bibr" rid="B29">Shakoor et al., 2021</xref>).</p>
<p>As we step toward the sixth-generation (6G) communication networks, the UAVs are envisioned to constitute a core pillar of the Internet of Things (IoT) networks (<xref ref-type="bibr" rid="B25">Lin et al., 2022</xref>), aiming to realize massive connections among several devices. The UAVs can now be quickly deployed and configured for numerous special scenarios to support IoT devices on the ground. As such, the UAVs are envisioned to cooperate to serve IoT either for communication purposes or for energy transfer and power harvesting (<xref ref-type="bibr" rid="B37">Yao et al., 2020</xref>). An IoT network that integrates UAVs for supporting IoT device communications will be called a <italic>UAV-assisted IoT network.</italic> Due to the UAVs&#x2019; ability to hover at high altitudes, an increased probability of establishing line-of-sight (LOS) links with the IoT devices can be achieved. Nevertheless, in this case, the UAVs&#x2019; power consumption is a limiting factor for several 6G-related application scenarios, which may require high energy efficiency. To tackle such an issue, there has been research work focusing on energy efficiency enhancement for UAV-assisted networks (<xref ref-type="bibr" rid="B18">Huq et al., 2023</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B38">Yu et al., 2023</xref>). Recently, there has also been growing research interest in studying secure and reliable UAV-assisted IoT networks. Some works have already focused on the performance analysis of such networks (<xref ref-type="bibr" rid="B39">Zhang et al., 2019</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B22">Lei et al., 2020</xref>). This is because stochastic geometry shows potential of modeling extremely complicated next-generation UAV-assisted IoT networks and enabling tractable performance analysis.</p>
<p>Going beyond beyond-LoS (BLOS) UAV mobility, UAV traffic congestion is expected to occur due to the rapidly increasing number of UAVs and the limited airspace, especially in low-altitude territories. However, the first concern of using UAVs is the security. The role of the UAVs in 6G networks is expected to be significantly upgraded, with swarms operating in the airspace of the modern city skies. However, any accident or misbehavior may cause social unrest and delay the establishment of UAV-enabled/supported applications and services. Therefore, the requirement for organized and well-behaved aerial platforms is a prerequisite for the general approval of drone utilization. To this aim, UAV corridors may be conceptualized as virtual air corridors with flight paths designated for the safe and legal operation of multiple drones. However, in these corridors, congestion of UAV swarms is expected, whose consequences can be alleviated by using lanes and rules for the autonomous mobility and movement of the UAVs, similar to the highway and traffic code regulating the coexistence of vehicles on the roads (<xref ref-type="bibr" rid="B36">Xu et al., 2020</xref>). Nevertheless, the introduction of multiple UAV corridors to reduce and control the UAV swarms is expected to lead to a UAV corridor-based aerial network. In order for the UAVs inside the corridor to execute a task successfully, either for communication or harvesting purposes, coordination among the UAVs can be applied (<xref ref-type="bibr" rid="B10">Dang-Ngoc et al., 2022</xref>).</p>
<sec id="s1-1">
<title>1.1 Related work and motivation</title>
<p>Due to the continuous motion of the UAVs for various reasons, including the influence of the wind or the existence of obstacles within the line-of-sight, it is rather optimistic to assume that the locations of the aerial BSs do not modify. Therefore, in order to improve the network design, various stochastic geometry models have been adopted in wireless communication networks, in which swarms of UAVs are used for communication purposes (<xref ref-type="bibr" rid="B11">Enayati et al., 2019</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B7">Boschiero et al., 2020</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B30">Shi and Deng, 2022</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B34">Wang et al., 2023</xref>). For example, in <xref ref-type="bibr" rid="B11">Enayati et al. (2019)</xref>, a new network of ABSs has been proposed, in which the binomial point process (BPP) was exploited to model a snapshot of the UAVs&#x2019; positions. In <xref ref-type="bibr" rid="B7">Boschiero et al. (2020)</xref>, a stochastic geometry has been employed for investigating the coverage probability of UAV stations that operate in mmWaves. In the same frequency band, in <xref ref-type="bibr" rid="B30">Shi and Deng (2022)</xref>, BPP has been applied to model the location of a swarm of UAVs, and the coverage probability was also investigated under the assumption of the closest distance criterion. Finally, in <xref ref-type="bibr" rid="B34">Wang et al. (2023)</xref>, an inhomogeneous Poisson point process (PPP) was used to model the locations of the UAVs, and analytical expressions were employed for the total coverage probability. The performance of aerial networks can be further enhanced if cooperative UAV transmission policies are employed (<xref ref-type="bibr" rid="B5">Bithas and Moustakas, 2023</xref>).</p>
<p>One of the most efficient approaches for enabling cooperative transmissions is the coordinated multipoint (CoMP) (<xref ref-type="bibr" rid="B19">Irmer et al., 2011</xref>), which eliminates the intra-cell interference with a small cost on the additional signaling that is required. The undoubted advantages of this technology are the reason why it has also been employed in UAV-assisted communication networks, in which tools of stochastic geometry have also been used (<xref ref-type="bibr" rid="B23">Li et al., 2020</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B35">Wang et al., 2022</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B12">Fan et al., 2023</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B33">Sun et al., 2023</xref>). In <xref ref-type="bibr" rid="B23">Li et al. (2020)</xref>, a CoMP transmission scheme has been proposed in a 3D model consisting of aerial BSs and aerial user equipment. Based on a binomial-Delaunay tetrahedralization analysis, achievable data rates and coverage probability were studied. In <xref ref-type="bibr" rid="B35">Wang et al. (2022)</xref>, a 3D multi-layer UAV-terrestrial heterogeneous network was investigated, where CoMP technology was applied and the coverage probability was studied with the aid of the tool of stochastic geometry. In <xref ref-type="bibr" rid="B33">Sun et al. (2023)</xref>, an uplink CoMP transmission scheme was studied in a cellular UAV network using a stochastic geometry-based analytical framework. For this scheme, among other performance metrics, analytical expressions for the coverage probability and area spectral efficiency were obtained. Very recently, in <xref ref-type="bibr" rid="B12">Fan et al. (2023)</xref>, a 3D UAV-assisted communication network has been assumed, in which CoMP transmission has been integrated. Based on the theory of stochastic geometry, a UAV formation control strategy was proposed that shaped the required geometric pattern of the CoMP strategy. Although the path loss can significantly reduce the signal reception quality at the receiving devices and given that the UAV-BSs within swarms or groups usually coordinate to execute a task, the exploitation of CoMP at the UAVs can significantly enhance the received signal power at the IoT devices and, at the same time, reduce the UAVs&#x2019; energy consumption.</p>
<p>As the density of the UAVs increases, it is mandatory that rules similar to the ones used by the air traffic authorities will be proposed. The idea of organized and connected routes in the sky has been proposed in relation to this, denoted as aerial highways or UAV corridors (<xref ref-type="bibr" rid="B9">Cherif et al., 2021b</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B4">Bhuyan et al., 2021</xref>). This simple idea has also been adopted in the area of UAV-assisted communications, where recently, several investigations have been presented (<xref ref-type="bibr" rid="B31">Singh et al., 2021</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B3">Bernab&#xe8; et al., 2022</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B13">Fu et al., 2023</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B21">Karimi-Bidhendi et al., 2023</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B32">Singh et al., 2023</xref>). In <xref ref-type="bibr" rid="B31">Singh et al. (2021)</xref>, the placement of BSs that serve UAV corridors has been studied and the minimum set of BS that satisfies a predefined quality of service constraint is selected. In <xref ref-type="bibr" rid="B3">Bernab&#xe8; et al. (2022)</xref>, an algorithm has been proposed to optimize the electronic tilt of BSs in order to improve the quality of service in UAV-assisted communication scenarios where aerial corridors have been assumed. In <xref ref-type="bibr" rid="B21">Karimi-Bidhendi et al. (2023)</xref>, based on the results of quantization theory, an iterative algorithm that optimized the antenna tilts at the BS was proposed for maximizing the received signal strength in UAV flying corridors. In <xref ref-type="bibr" rid="B32">Singh et al. (2023</xref>), a drone corridor is defined to be a set of 3D lanes where the UAVs may take flight. In this context, a design of each lane trajectory is proposed that minimizes the total ground risk across all lanes while simultaneously satisfying the received signal strength constraints. Finally, in <xref ref-type="bibr" rid="B13">Fu et al. (2023</xref>), a multi-UAV corridor is proposed for avoiding unnecessary flight exploration by UAVs, which offers improved performance in terms of user rates.</p>
<p>In summary, even though the concept of an aerial corridor has appeared in the open technical bibliography, its manifestation in the performance analysis at system levels under a realistic stochastic geometry framework has not been studied, which is the main objective of this paper. Triggered by all the aforementioned details, <italic>this work proposes, for the first time, a stochastic geometry framework to study a UAV corridor-assisted IoT network, where the spatial locations of the UAV-BSs are modeled as a one-dimensional (1D) binomial point process (BPP) in a corridor, modeled as a finite 1D line above the ground</italic>. Please note that the BPP can ensure that a swarm of a finite number of UAV-BSs will be uniformly and independently distributed in the UAV corridor, and therefore, no congestion in a particular region of the corridor is expected, while at the same time, it also yields tractable analysis. Subsequently, an SNR-based performance analysis in terms of coverage probability, average rate, and energy efficiency is conducted under three association strategies.</p>
</sec>
<sec id="s1-2">
<title>1.2 Contributions</title>
<p>The main contributions of this paper are the following:<list list-type="simple">
<list-item>
<p>1) <italic>Modeling of a UAV aerial corridor with a finite number of UAV-BSs in a UAV-assisted IoT network:</italic> By employing the 1D uniform BPP for modeling the spatial locations of the UAV-BSs in an aerial UAV corridor, a fixed and finite number of <italic>N</italic> UAVs-BSs is uniformly and independently distributed in a line above the ground. To the best of the authors&#x2019; knowledge, this is the first time that a stochastic geometry framework has been proposed for modeling the spatial locations of UAV-BSs in aerial corridors.</p>
</list-item>
<list-item>
<p>2) <italic>Performance analysis:</italic> Three association schemes are proposed, namely, a <italic>n</italic>th nearest UAV-BS association policy, a random selection policy, and the JT-CoMP scheme. Subsequently, an SNR-based performance analysis<xref ref-type="fn" rid="fn1">
<sup>1</sup>,</xref> in terms of coverage probability, average achievable rate, and energy efficiency, is conducted for the three schemes, and analytical expressions for all performance metrics are obtained. As key intermediate results, the joint PDF of the distances between the receiver and the <italic>n</italic>th nearest UAV-BSs to the receiver, as well as the Laplace transform of the aggregate received power distribution from the cooperation set <inline-formula id="inf1">
<mml:math id="m1">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula>, are derived.</p>
</list-item>
<list-item>
<p>3) <italic>System-level insights:</italic> Several fruitful insights can be gained by investigating the behavior of the coverage probability in response to the energy efficiency of the IoT-based UAV network. The obtained results show that although the coverage performance under the JT-CoMP scheme is far superior compared to the one under the nearest-selection scheme, the JT-CoMP scheme is more energy-consuming when only a few UAV-BSs are deployed in the corridor. Moreover, the nearest-selection scheme seems to be more energy-efficient for higher UAV deployment heights compared to the JT-CoMP scheme.</p>
</list-item>
</list>
</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s2">
<title>2 System model</title>
<sec id="s2-1">
<title>2.1 Network model</title>
<p>Consider a downlink finite UAV-assisted IoT network, which integrates both terrestrial IoT receiving devices and UAV-BSs. Without loss of generality, the IoT devices are assumed to be uniformly and independently distributed according to an independent stationary point process in a finite area <inline-formula id="inf2">
<mml:math id="m2">
<mml:mi mathvariant="script">A</mml:mi>
<mml:mo>&#x2282;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula>. For this setup, it is assumed that <inline-formula id="inf3">
<mml:math id="m3">
<mml:mi mathvariant="script">A</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> is a two-dimensional (2D) ball <italic>b</italic> (<bold>o</bold>, <italic>R</italic>) centered at the origin <bold>o</bold> &#x3d; [0,0]<sup>
<italic>T</italic>
</sup> with radius <italic>R</italic>, i.e., <inline-formula id="inf4">
<mml:math id="m4">
<mml:mi mathvariant="script">A</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">o</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula> as shown in <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure 1</xref>. Next, consider <italic>N</italic> UAV-BSs hovering in a UAV <italic>aerial corridor</italic> and all UAV-BSs are enforced by appropriate traffic authorities. The UAV corridor is modeled as a finite line of length 2<italic>R</italic> located <italic>h</italic>&#xa0;m above the ground. Without the loss of generality, the ground projection of the center of the UAV corridor is at the origin of the coordinates <bold>o</bold>, namely, <bold>o&#x2032;</bold> &#x3d; [0,0,<italic>h</italic>]<sup>
<italic>T</italic>
</sup>. Accordingly, the <italic>N</italic> UAV-BSs are assumed to be uniformly and independently distributed on the line of length 2<italic>R,</italic> and their spatial locations form a 1D uniform BPP &#x3a8;. Subsequently, let {<bold>y</bold>
<sub>
<italic>i</italic>
</sub>}&#x2261;&#x3a8; denote the spatial locations of UAV-BSs. Without loss of generality, it is assumed that the receiving IoT device is located at the ground origin <bold>o</bold> at a given time. After averaging the performance of this receiving IoT device over &#x3a8;, the receiving IoT device becomes the typical IoT receiver, or simply the <italic>receiver</italic>. Let {<italic>d</italic>
<sub>
<italic>i</italic>
</sub>} denote the unordered set of Euclidean distances between the receiver and the UAV-BSs. The ordered set of Euclidean distances in ascending order is denoted by <inline-formula id="inf5">
<mml:math id="m5">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</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:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula>, where <italic>r</italic>
<sub>
<italic>n</italic>
</sub> denotes the distance between the receiver and the <italic>n</italic>th nearest UAB-BS to the receiver. A representative illustration of the aforementioned model is shown in <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure 1</xref>. Finally, all UAV-BSs are assumed to be active at the considered time slot during the transmission and assumed to transmit with power <italic>p</italic>.</p>
<fig id="F1" position="float">
<label>FIGURE 1</label>
<caption>
<p>Illustration of the finite UAV-assisted IoT network, which integrates terrestrial IoT receiving devices and UAV-BSs.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="frcmn-05-1337697-g001.tif"/>
</fig>
</sec>
<sec id="s2-2">
<title>2.2 Association strategies</title>
<sec id="s2-2-1">
<title>2.2.1 <italic>n</italic>th nearest-selection scheme</title>
<p>In this scheme, the receiver is assumed to be served successively by its <italic>n</italic>th nearest UAV-BS. The special case of the closest selection strategy is of particular interest, which provides the maximum average received power, i.e.,<disp-formula id="e1">
<mml:math id="m6">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mi>argmin</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a8;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mfenced open="{" close="}">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(1)</label>
</disp-formula>where <bold>y</bold>
<sub>
<italic>c</italic>
</sub> denotes the location of the closest UAV-BS and &#x2016; &#x22c5;&#x2016; denotes the Euclidean norm. For notational simplicity, we also define <italic>r</italic>
<sub>1</sub> &#x3d; &#x2016;<bold>y</bold>
<sub>
<italic>c</italic>
</sub>&#x2016;.</p>
</sec>
<sec id="s2-2-2">
<title>2.2.2 Random selection scheme</title>
<p>In this scheme, the receiver is selected randomly with uniform distribution among all UAV-BSs. This leads to the following:<disp-formula id="e2">
<mml:math id="m7">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">U</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">n</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">f</mml:mi>
<mml:mfenced open="{" close="}">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a8;</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a8;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(2)</label>
</disp-formula>where <italic>n</italic> (&#x22c5;) denotes the number of elements in a set and Unif{&#x22c5;} denotes the uniform-selection operation. The main merit of this scheme is that the receiver performs a fast response due to not acquiring other UAV-BSs&#x2019; channel state information (CSI), and therefore, each of the UAV-BS has the same opportunity to be selected as the serving BS.</p>
</sec>
<sec id="s2-2-3">
<title>2.2.3 JT-CoMP scheme</title>
<p>In this scheme, the receiver is simultaneously served by its <italic>n</italic>th, <italic>n</italic> &#x3e; 1, and nearest UAV-BSs. In this case, the <italic>n</italic> nearest UAV-BSs are assumed to use the same system resources, and their spatial locations form the cooperation set <inline-formula id="inf6">
<mml:math id="m8">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s2-3">
<title>2.3 Path loss and channel models</title>
<sec id="s2-3-1">
<title>2.3.1 Path loss</title>
<p>The channel conditions are characterized by different path-loss exponents, which are denoted by <italic>&#x3b1;</italic>. Then, following the standard power-law path-loss model for the path between the receiver and a UAV-BS located at <bold>y</bold>
<sub>
<italic>i</italic>
</sub> &#x2208; &#x3a8;, the random path-loss function is defined as the following:<disp-formula id="e3">
<mml:math id="m9">
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(3)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf7">
<mml:math id="m10">
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula> with <italic>c</italic> being the speed of light and <italic>f</italic>
<sub>
<italic>c</italic>
</sub> the carrier frequency.</p>
</sec>
<sec id="s2-3-2">
<title>2.3.2 Large-scale fading</title>
<p>Due to the presence of obstacles between a UAV-BS and the receiver, e.g., buildings and trees, it is assumed that shadowing exists. Therefore, in the considered wireless channel model, large-scale fading (or shadowing) co-exists with small-scale fading. Subsequently, the shadowing random fluctuations are modeled by the inverse-gamma distribution, which has been recently used in UAV-assisted communication scenarios (<xref ref-type="bibr" rid="B6">Bithas et al., 2020</xref>). Notably, the inverse-gamma distribution can not only adequately capture the shadowing conditions in UAV communications but also maintain analytical tractability. The probability density function (PDF) of the inverse-gamma distribution is given by the following equation:<disp-formula id="e4">
<mml:math id="m11">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</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>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>exp</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(4)</label>
</disp-formula>for <italic>i</italic> &#x3d; 1, &#x2026; <italic>N</italic>, where <italic>q</italic> &#x3e; 1 is the shaping parameter of the distribution related to the severity of the shadowing, i.e., lower values of <italic>q</italic> result in lighter shadowing conditions, <italic>&#x3b3;</italic> denotes the scaling parameter, and &#x393;(&#x22c5;) is the gamma function (<xref ref-type="bibr" rid="B14">Gradshteyn and Ryzhik, 2007</xref>, eq. (8.310.1)). Note that the inverse-gamma distribution is suitable and has been exploited for real-world UAV communication scenarios, and at the same time, it allows for a tractable performance analysis (<xref ref-type="bibr" rid="B5">Bithas and Moustakas, 2023</xref>).</p>
</sec>
<sec id="s2-3-3">
<title>2.3.3 Small-scale fading</title>
<p>The channels are assumed to experience Nakagami-<italic>m</italic> fading with a different fading parameter, <italic>m</italic>. Therefore, the channel power gains {<italic>h</italic>
<sub>
<italic>i</italic>
</sub>}, following a gamma distribution, <italic>h</italic>
<sub>
<italic>i</italic>
</sub> &#x223c;gamma<inline-formula id="inf8">
<mml:math id="m12">
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula> with the shape and scale parameters of <italic>h</italic>
<sub>
<italic>i</italic>
</sub> being <italic>m</italic> and 1/<italic>m</italic>, respectively. The PDF of <italic>h</italic>
<sub>
<italic>i</italic>
</sub> is given by the following equation:<disp-formula id="e5">
<mml:math id="m13">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</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>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</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>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>exp</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(5)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Note that <inline-formula id="inf9">
<mml:math id="m14">
<mml:mi mathvariant="double-struck">E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s2-4">
<title>2.4 SNR definition and performance metrics</title>
<sec id="s2-4-1">
<title>2.4.1 SNR definition</title>
<p>Under the <italic>n</italic>
<italic>th</italic> nearest UAV-BS association policy, the SNR at the receiver is given by the following equation:<disp-formula id="e6">
<mml:math id="m15">
<mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">N</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(6)</label>
</disp-formula>where <italic>&#x3c3;</italic>
<sup>2</sup> is the additive white Gaussian noise power. For the special case of the nearest selection association scheme, i.e., <italic>n</italic> &#x3d; 1, the SNR at the receiver can be rewritten as follows:<disp-formula id="e7">
<mml:math id="m16">
<mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">N</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(7)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Under the <italic>random selection scheme</italic>, the SNR at the receiver is given by the following equation:<disp-formula id="e8">
<mml:math id="m17">
<mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">N</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(8)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Under the <italic>JT-CoMP scheme</italic>, the SNR at the receiver is given by the following equation:<disp-formula id="e9">
<mml:math id="m18">
<mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">N</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo movablelimits="false" form="prefix">&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</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>p</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(9)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Remark 1. Similarly to <xref ref-type="bibr" rid="B17">Hou et al. (2022)</xref>, this work argues that based on low-complexity channel estimation algorithms (<xref ref-type="bibr" rid="B20">Jiang et al., 2020</xref>), the global CSI is assumed to be perfectly known at the UAV-BSs, if required. In addition, the assumption of perfect global CSI knowledge is common in stochastic geometry-based scientific papers related to UAV-assisted communication networks (<xref ref-type="bibr" rid="B15">Hou et al., 2019</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B16">Hou et al., 2020</xref>), where extensive signaling overhead is assumed for CSI acquisition at the UAVs. Nevertheless, performance analysis of UAV-assisted communications under imperfect CSI is a very common optimization problem, which requires a new analytical framework to be developed that is beyond the scope of the paper.</p>
</sec>
<sec id="s2-4-2">
<title>2.4.2 Performance metrics</title>
<p>The coverage probability is defined as the probability that the SNR at the receiver exceeds a predefined threshold <italic>&#x3b3;</italic>
<sub>
<italic>th</italic>
</sub>,<disp-formula id="e10">
<mml:math id="m19">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</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>&#x225c;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="double-struck">P</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">N</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi>
<mml:mo>&#x2a7e;</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:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">N</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">R</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>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(10)</label>
</disp-formula>and the average achievable rate of the receiver is given by <xref ref-type="bibr" rid="B2">Armeniakos and Kanatas (2022)</xref> as the following:<disp-formula id="e11">
<mml:math id="m20">
<mml:mtable class="aligned">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">E</mml:mi>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</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:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">N</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<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:mo>&#x2061;</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:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</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:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
<mml:mfenced open="" close=")">
<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:mi mathvariant="normal">S</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">N</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">R</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:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<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:mfrac>
<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:mi mathvariant="normal">S</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">N</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">R</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:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</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:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi mathvariant="normal">d</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:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<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:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</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:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</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:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi mathvariant="normal">d</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:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mtext>a</mml:mtext>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<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:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(11)</label>
</disp-formula>where (a) follows through the change in the variable <italic>&#x3b3;</italic>
<sub>
<italic>th</italic>
</sub> &#x2b; 1 &#x3d; <italic>e</italic>
<sup>
<italic>t</italic>
</sup> and <italic>B</italic>
<sub>
<italic>w</italic>
</sub> is the bandwidth available to the link of interest. The average energy efficiency is defined as the ratio of the average rate and the total power consumption, i.e.,<disp-formula id="e12">
<mml:math id="m21">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">E</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x225c;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">tot</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(12)</label>
</disp-formula>where <italic>P</italic>
<sub>
<italic>tot</italic>
</sub> is the total power consumption given by <xref ref-type="bibr" rid="B5">Bithas and Moustakas (2023)</xref> as the following:<disp-formula id="e13">
<mml:math id="m22">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">tot</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">cRx</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">cTx</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(13)</label>
</disp-formula>where <italic>P</italic>
<sub>
<italic>cRx</italic>
</sub> and <italic>P</italic>
<sub>
<italic>cTx</italic>
</sub> denote the UAVs&#x2019; transmitter and receiver circuit powers required for signaling purposes, respectively. Note that Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e13">13</xref> indicates that all UAV-BSs collect signaling information required for communication purposes, whereas only <italic>n</italic> UAV-BSs transmit information at a given time. Moreover, in Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e13">13</xref>, <italic>&#x3c9;</italic> denotes the amplifier power efficiency given by <inline-formula id="inf10">
<mml:math id="m23">
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:math>
</inline-formula>, with <italic>&#x3b7;</italic> denoting the drain efficiency.</p>
</sec>
</sec>
</sec>
<sec id="s3">
<title>3 Performance analysis</title>
<p>In this section, the SNR-based performance analysis, in terms of coverage probability, the average achievable rate, and energy efficiency, is presented for the three association schemes.</p>
<sec id="s3-1">
<title>3.1 Coverage probability analysis</title>
<p>In this subsection, the coverage probability analysis under the three association schemes is presented.</p>
<sec id="s3-1-1">
<title>3.1.1 n-th nearest-selection scheme</title>
<p>Lemma 1. <italic>The PDF of the distance</italic> <italic>r</italic>
<sub>
<italic>n</italic>
</sub> <italic>is given by the following equation:</italic>
<disp-formula id="e14">
<mml:math id="m24">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</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>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>!</mml:mo>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(14)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Proof. Let <italic>u</italic>
<sub>
<italic>i</italic>
</sub> denote the horizontal distance between the receiver and the projection of a UAV on the ground. Then, the unordered set of distances {<italic>u</italic>
<sub>
<italic>i</italic>
</sub>} comprises independent and identically distributed (i.i.d.) random variables, with the cumulative distribution function (CDF) of each element given by <inline-formula id="inf11">
<mml:math id="m25">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:math>
</inline-formula>, <italic>u</italic>
<sub>
<italic>i</italic>
</sub> &#x2208; [0, <italic>R</italic>]. Through a simple transformation on <inline-formula id="inf12">
<mml:math id="m26">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, the CDF of the unordered set of distances {<italic>d</italic>
<sub>
<italic>i</italic>
</sub>} comprises i.i.d., with the CDF of each element given by <inline-formula id="inf13">
<mml:math id="m27">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<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>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:math>
</inline-formula>. Then, the PDF <inline-formula id="inf14">
<mml:math id="m28">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<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>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> can simply be obtained as <inline-formula id="inf15">
<mml:math id="m29">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<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>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<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>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:math>
</inline-formula>, and therefore, it is given by the following:<disp-formula id="e15">
<mml:math id="m30">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(15)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>By order statistics (<xref ref-type="bibr" rid="B1">Ahsanullah et al., 2013</xref>), the PDF of <italic>r</italic>
<sub>
<italic>n</italic>
</sub> can be obtained as the following:<disp-formula id="e16">
<mml:math id="m31">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</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>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>!</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>!</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>!</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<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>d</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</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: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>d</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</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:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(16)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>After applying some simplifications, Lemma 1 yields.</p>
<p>Lemma 2. <italic>The PDF of the path-loss term</italic> <italic>l</italic> (<italic>r</italic>
<sub>
<italic>n</italic>
</sub>) <italic>is given by the following equation:</italic>
<disp-formula id="e17">
<mml:math id="m32">
<mml:mtable class="aligned">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>!</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>K</mml:mi>
<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>!</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>!</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(17)</label>
</disp-formula>for <inline-formula id="inf16">
<mml:math id="m33">
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>Proof. The PDF of <inline-formula id="inf17">
<mml:math id="m34">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> can first be obtained through the corresponding CDF obtained as the following:<disp-formula id="e18">
<mml:math id="m35">
<mml:mtable class="aligned">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:mi mathvariant="double-struck">P</mml:mi>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="double-struck">P</mml:mi>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2265;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="double-struck">P</mml:mi>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<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>r</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:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(18)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>After applying the binomial expansion to <inline-formula id="inf18">
<mml:math id="m36">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</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:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, we can rewrite <inline-formula id="inf19">
<mml:math id="m37">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</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:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> as<disp-formula id="e19">
<mml:math id="m38">
<mml:mtable class="aligned">
<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>r</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>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover accentunder="false" accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<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>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>!</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<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:mo>!</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>!</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:munderover>
<mml:mo> </mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
</mml:mfenced>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(19)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Therefore, <inline-formula id="inf20">
<mml:math id="m39">
<mml:mi mathvariant="double-struck">P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is obtained in terms of <inline-formula id="inf21">
<mml:math id="m40">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</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:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> as<disp-formula id="e20">
<mml:math id="m41">
<mml:mtable class="aligned">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:mi mathvariant="double-struck">P</mml:mi>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</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:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</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>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover accentunder="false" accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<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>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>!</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<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:mo>!</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>!</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:munderover>
<mml:mo> </mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
</mml:mfenced>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(20)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Through the change of variables <italic>n</italic> &#x2b; <italic>k</italic> &#x3d; <italic>i</italic> and with the aid of the definition of the Gauss hypergeometric function <sub>2</sub>
<italic>F</italic>
<sub>1</sub> (&#x22c5;, &#x22c5;, &#x22c5;, <italic>x</italic>), as defined by <xref ref-type="bibr" rid="B14">Gradshteyn and Ryzhik (2007)</xref>; (Eqs <xref ref-type="disp-formula" rid="e9">9</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e10">10</xref>) through power series, the following formula is exploited: <sub>2</sub>
<italic>F</italic>
<sub>1</sub>
<inline-formula id="inf22">
<mml:math id="m42">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<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 movablelimits="false" form="prefix">&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<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>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mfrac linethickness="0.0pt">
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mfenced>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula>, where (&#x22c5;)<sub>
<italic>n</italic>
</sub> denotes the Pochhammer symbol, and therefore, the sum converges to a Gauss hypergeometric function <sub>2</sub>
<italic>F</italic>
<sub>1</sub> (&#x22c5;, &#x22c5;, &#x22c5;, <italic>x</italic>). Then, <inline-formula id="inf23">
<mml:math id="m43">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> can be obtained as <inline-formula id="inf24">
<mml:math id="m44">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:math>
</inline-formula>. Next, <inline-formula id="inf25">
<mml:math id="m45">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</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:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> can be obtained as <inline-formula id="inf26">
<mml:math id="m46">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</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:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. After applying some algebraic manipulations, Lemma 2 yields.</p>
<p>Theorem 1. <italic>The coverage probability of the receiver under the nth nearest UAV-BS association policy is given by the following equation:</italic>
<disp-formula id="e21">
<mml:math id="m47">
<mml:mtable class="aligned">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</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: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:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</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:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>exp</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(21)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf27">
<mml:math id="m48">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:math>
</inline-formula> and &#x3b3;(&#x22c5;, &#x22c5;) denotes the lower incomplete gamma function defined by <xref ref-type="bibr" rid="B14">Gradshteyn and Ryzhik (2007);</xref> (eq. (8.350.1)).</p>
<p>Proof. First, let <italic>W</italic> &#x3d; <italic>S</italic>
<sub>
<italic>i</italic>
</sub> <italic>l</italic> (<italic>r</italic>
<sub>
<italic>n</italic>
</sub>). PDF <italic>f</italic>
<sub>
<italic>W</italic>
</sub>(<italic>w</italic>) can directly be obtained through the well-known formula for the product of two independent random variables as<disp-formula id="e22">
<mml:math id="m49">
<mml:mtable class="aligned">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(22)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Next, let <italic>Z</italic> &#x3d; <italic>h</italic>
<sub>
<italic>i</italic>
</sub>
<italic>W</italic>. The PDF <italic>f</italic>
<sub>
<italic>Z</italic>
</sub>(<italic>z</italic>) is similarly given by<disp-formula id="e23">
<mml:math id="m50">
<mml:mtable class="aligned">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<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>&#x221e;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(23)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Finally, the CDF of SNR <italic>F</italic>
<sub>SNR</sub> (<italic>&#x3b3;</italic>
<sub>
<italic>th</italic>
</sub>) can be obtained through <italic>f</italic>
<sub>
<italic>Z</italic>
</sub>(<italic>z</italic>) as<disp-formula id="e24">
<mml:math id="m51">
<mml:mtable class="aligned">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">N</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">R</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:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<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:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(24)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Finally, by applying <xref ref-type="bibr" rid="B14">Gradshteyn and Ryzhik (2007)</xref> (eq. (3.351.1) for calculating <italic>F</italic>
<sub>SNR</sub> (<italic>&#x3b3;</italic>
<sub>
<italic>th</italic>
</sub>), and after some manipulations, <inline-formula id="inf28">
<mml:math id="m52">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<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>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is obtained in terms of the complementary CDF (CCDF), i.e., <inline-formula id="inf29">
<mml:math id="m53">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<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>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">N</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<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>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula> and this completes the proof.</p>
</sec>
<sec id="s3-1-2">
<title>3.1.2 Random selection scheme</title>
<p>Lemma 3. <italic>The PDF of the path-loss term</italic> <italic>l</italic> (<italic>d</italic>
<sub>
<italic>i</italic>
</sub>) <italic>is given by the following equation:</italic>
<disp-formula id="e25">
<mml:math id="m54">
<mml:mtable class="aligned">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</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>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(25)</label>
</disp-formula>
<italic>for</italic> <inline-formula id="inf30">
<mml:math id="m55">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>Proof. The PDF of <inline-formula id="inf31">
<mml:math id="m56">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> can first be obtained through the corresponding CDF obtained as<disp-formula id="e26">
<mml:math id="m57">
<mml:mtable class="aligned">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:mi mathvariant="double-struck">P</mml:mi>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="double-struck">P</mml:mi>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2265;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="double-struck">P</mml:mi>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<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>d</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(26)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf32">
<mml:math id="m58">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<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>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:math>
</inline-formula>. Then, the proof follows the same lines as the proof presented in Lemma 1.</p>
<p>Theorem 2. <italic>The coverage probability of the receiver under the random selection scheme is given by the following equation:</italic>
<disp-formula id="e27">
<mml:math id="m59">
<mml:mtable class="aligned">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</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: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:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>exp</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</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:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(27)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Proof. The proof follows similar lines as the proof presented for theorem 2, and thus, it is omitted here.</p>
</sec>
<sec id="s3-1-3">
<title>3.1.3 JT-CoMP scheme</title>
<p>Lemma 4. <italic>The joint PDF</italic> <inline-formula id="inf33">
<mml:math id="m60">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</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:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</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:math>
</inline-formula> <italic>of the</italic> <italic>n</italic> <italic>nearest distances between the receiver and its</italic> <italic>n</italic> <italic>nearest UAVs is given by the following equation:</italic>
<disp-formula id="e28">
<mml:math id="m61">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</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:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>!</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>!</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<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>d</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</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>n</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:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:munderover accentunder="false" accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x220f;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</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:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</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>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(28)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Proof. By order statistics, the joint PDF of all order distances <inline-formula id="inf34">
<mml:math id="m62">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</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:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> is given with respect to <inline-formula id="inf35">
<mml:math id="m63">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<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>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> by <inline-formula id="inf36">
<mml:math id="m64">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</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:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</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:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>!</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo movablelimits="false" form="prefix">&#x220f;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</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:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. After integrating out the <italic>N</italic> &#x2212; <italic>n</italic> distances <inline-formula id="inf37">
<mml:math id="m65">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> from <inline-formula id="inf38">
<mml:math id="m66">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</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:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</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:math>
</inline-formula>, the joint PDF <inline-formula id="inf39">
<mml:math id="m67">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</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:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</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:math>
</inline-formula> can be obtained by exploiting order statistics (<xref ref-type="bibr" rid="B1">Ahsanullah et al., 2013</xref>), as in Lemma 4.</p>
<p>Lemma 5. <italic>The Laplace transform of the SNR at the receiver under the JT-CoMP scheme assuming the</italic> <italic>n</italic> <italic>nearest UAV-BSs in</italic> <inline-formula id="inf40">
<mml:math id="m68">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> <italic>is given by the following equation:</italic>
<disp-formula id="e29">
<mml:math id="m69">
<mml:mtable class="aligned">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">L</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">N</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:munder accentunder="false">
<mml:mrow>
<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:mo>&#x2026;</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>&#x221e;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x23df;</mml:mo>
</mml:munder>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:munder accentunder="false">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</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:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x23df;</mml:mo>
</mml:munder>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:munderover accentunder="false" accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x220f;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</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:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</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>&#xd7;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</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:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(29)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Proof. The Laplace transform of the SNR can be obtained as follows:<disp-formula id="e30">
<mml:math id="m70">
<mml:mtable class="aligned">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">L</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">N</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">N</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mi>exp</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">N</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:munderover accentunder="false" accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x220f;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</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:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mi>exp</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mtext>a</mml:mtext>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:munderover accentunder="false" accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x220f;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</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:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mtext>b</mml:mtext>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:munder accentunder="false">
<mml:mrow>
<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:mo>&#x2026;</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>&#x221e;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x23df;</mml:mo>
</mml:munder>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:munderover accentunder="false" accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x220f;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</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:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mtext>c</mml:mtext>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<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:mo>&#x2026;</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>&#x221e;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</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:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:munderover accentunder="false" accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x220f;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</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:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</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>&#xd7;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</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:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(30)</label>
</disp-formula>where (a) follows from independence between <italic>x</italic>
<sub>
<italic>i</italic>
</sub>, <italic>h</italic>
<sub>
<italic>i</italic>
</sub>, and <italic>r</italic>
<sub>
<italic>i</italic>
</sub>, and after applying the moment generating function (MGF) of the gamma random variable <italic>h</italic>
<sub>
<italic>i</italic>
</sub>, (b) follows after deconditioning over the i.i.d. random variable <italic>x</italic>
<sub>
<italic>i</italic>
</sub> with the PDF <inline-formula id="inf41">
<mml:math id="m71">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>; (c) follows after deconditioning over <italic>r</italic>
<sub>
<italic>i</italic>
</sub> with the joint PDF <inline-formula id="inf42">
<mml:math id="m72">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</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:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</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:math>
</inline-formula> given by Lemma 4, and this completes the proof.</p>
<p>Theorem 3. <italic>The coverage probability of the receiver under the JT-CoMP scheme assuming the</italic> <italic>n</italic> <italic>nearest UAV-BSs in</italic> <inline-formula id="inf43">
<mml:math id="m73">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> <italic>is given by the following equation:</italic>
<disp-formula id="e31">
<mml:math id="m74">
<mml:mtable class="aligned">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</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:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">L</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">N</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mfenced open="{" close="}">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">L</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">N</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</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:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(31)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Proof. Having obtained <inline-formula id="inf44">
<mml:math id="m75">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">L</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">N</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, the CDF of SNR is first obtained through the well-known formula for the inverse Laplace transform of <inline-formula id="inf45">
<mml:math id="m76">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">L</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">N</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, i.e., <inline-formula id="inf46">
<mml:math id="m77">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">N</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<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>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">L</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">N</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>exp</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">N</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">R</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:mo stretchy="false">}</mml:mo>
</mml:mrow>
<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>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Finally, <inline-formula id="inf47">
<mml:math id="m78">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<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>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is given through the CCDF of SNR, i.e., <inline-formula id="inf48">
<mml:math id="m79">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<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>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">N</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<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>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and this completes the proof. </p>
</sec>
</sec>
<sec id="s3-2">
<title>3.2 Average rate and energy efficiency analysis</title>
<p>Based on the expressions for the coverage probability derived in theorems 1, 2 and 3, the average achievable rate of the receiver under the three association schemes can now be obtained as follows:<disp-formula id="e32">
<mml:math id="m80">
<mml:mtable class="aligned">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<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:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2248;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mtext>a</mml:mtext>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover accentunder="false" accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#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:mrow>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>cos</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(32)</label>
</disp-formula>where (a) follows from the Gauss&#x2013;Chebysev quadrature approximation and can be exploited to reduce the computational complexity due to nested integrals and has been applied in previous studies (<xref ref-type="bibr" rid="B8">Cherif et al., 2021a</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B2">Armeniakos and Kanatas, 2022</xref>). Under the adopted approximation, one more integration with an infinite upper limit is avoided. The parameter <italic>M</italic> is to be adjusted for high accuracy and <inline-formula id="inf49">
<mml:math id="m81">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>tan</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
</inline-formula>. It is noted that higher values of <italic>M</italic> yield higher accuracy at the cost of increased complexity. Finally, having obtained the average rate, the energy efficiency can be obtained from the following equation:<disp-formula id="e33">
<mml:math id="m82">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">E</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x225c;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">tot</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(33)</label>
</disp-formula>after substituting Eqs <xref ref-type="disp-formula" rid="e13">13</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e32">32</xref> in Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e33">33</xref>.</p>
</sec>
</sec>
<sec sec-type="results|discussion" id="s4">
<title>4 Results and discussion</title>
<p>In this section, the simulation and numerical results are presented to evaluate and compare the performance achieved in the IoT-based UAV network under the two different association schemes. The accuracy of the analytical results is verified by comparing them with the simulated results obtained from Monte Carlo simulations. For all the numerical results, the following parameters have been used, unless stated otherwise: <italic>N</italic> &#x3d; 5 UAV-BSs, <italic>R</italic> &#x3d; 200&#xa0;m, <italic>h</italic> &#x3d; 100&#xa0;m, <italic>p</italic> &#x3d; 20 dBm, <italic>m</italic> &#x3d; 2, <italic>q</italic> &#x3d; 3, <italic>&#x3b1;</italic> &#x3d; 2, <italic>&#x3c3;</italic>
<sup>2</sup> &#x3d; &#x2212;74 dBm, <italic>&#x3b3;</italic>
<sub>
<italic>th</italic>
</sub> &#x3d; 3&#xa0;dB, and <italic>f</italic>
<sub>
<italic>c</italic>
</sub> &#x3d; 3500&#xa0;MHz. Under the JT-CoMP scheme, the cooperation set consists of the locations of the nearest two UAV-BSs from the receiver, and therefore, <italic>C</italic>
<sub>
<italic>n</italic>&#x3d;2</sub>, unless otherwise stated. Moreover, <italic>P</italic>
<sub>
<italic>cRx</italic>
</sub> &#x3d; 0.15 W, <italic>P</italic>
<sub>
<italic>cTx</italic>
</sub> &#x3d; 0.1&#xa0;W, and <italic>&#x3b7;</italic> &#x3d; 0.35. In order to focus on the average spectral efficiency, we will normalize the average achievable rate by <italic>B</italic>
<sub>
<italic>w</italic>
</sub>, which is equivalent to considering <italic>B</italic>
<sub>
<italic>w</italic>
</sub> &#x3d; 1 in Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e32">32</xref>.</p>
<p>
<xref ref-type="fig" rid="F2">Figure 2</xref> compares the coverage probability <italic>versus</italic> <italic>&#x3b3;</italic>
<sub>
<italic>th</italic>
</sub> under the three schemes for different values of <italic>n</italic>. It is observed that JT-CoMP significantly enhances the coverage performance of the network, and the curves become the steepest. Moreover, the coverage performance under the random selection scheme is clearly degraded compared to the case where the receiver is served by the UAV-BS providing the maximum average power. Nevertheless, the random selection scheme yields undoubtedly low overhead for the IoT receiver&#x2019;s signaling because no CSI information is acquired. Furthermore, the performance of the network under the random selection scheme corresponds to that under selecting the serving UAV-BS as the average UAV-BS when the UAVs are ordered in the ascending order according to their Euclidean distance. As such, the performance of the network under the <italic>n</italic>th nearest selection scheme for <italic>n</italic> &#x3d; 3 is close to that under the random selection scheme.</p>
<fig id="F2" position="float">
<label>FIGURE 2</label>
<caption>
<p>Coverage probability <italic>versus</italic> <italic>&#x3b3;</italic>
<sub>
<italic>th</italic>
</sub> under the three schemes for different values of <italic>n</italic>, with <italic>N</italic> &#x3d;5, <italic>R</italic> &#x3d;200&#xa0;m, and <italic>h</italic> &#x3d;100&#xa0;m. Markers denote analytical results.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="frcmn-05-1337697-g002.tif"/>
</fig>
<p>
<xref ref-type="fig" rid="F3">Figure 3</xref> presents the coverage probability <italic>versus</italic> <italic>h</italic> under the three schemes for different values of <italic>R</italic>. A first observation is that the coverage probability for all the schemes deteriorates as the height <italic>h</italic> of the UAV-BSs increases for all values of the deployment radius <italic>R</italic>. Moreover, the differences among the curves are larger for smaller values of the deployment height <italic>h</italic>, that is, the enhancement in the coverage performance between different values of <italic>R</italic> tends to be smaller as <italic>h</italic> increases. The JT-CoMP scheme significantly improves the coverage performance of the network, especially for smaller values of the UAVs&#x2019; deployment height <italic>h</italic>.</p>
<fig id="F3" position="float">
<label>FIGURE 3</label>
<caption>
<p>Coverage probability <italic>versus</italic> <italic>h</italic> under the three schemes for different values of <italic>R</italic>, with <italic>N</italic> &#x3d;5, <italic>&#x3b3;</italic>
<sub>
<italic>th</italic>
</sub> &#x3d;6&#xa0;dB, and <italic>C</italic>
<sub>
<italic>n</italic>&#x3d;2</sub>. Markers denote analytical results.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="frcmn-05-1337697-g003.tif"/>
</fig>
<p>
<xref ref-type="fig" rid="F4">Figure 4</xref> shows the coverage probability <italic>versus</italic> <italic>R</italic> under the three schemes for different values of <italic>N</italic>. As can be observed, in all the cases, the performance of the network improves as the number of UAV-BSs increases. This is because with an increase of <italic>N</italic>, the probability that the UAV-BSs get closer to the receiver increases. As expected, the coverage performance of the network under the JT-CoMP scheme significantly outperforms the corresponding one under the nearest selection one, especially for smaller values of <italic>R</italic>. Finally, the coverage performance of the network under the random selection scheme is significantly degraded.</p>
<fig id="F4" position="float">
<label>FIGURE 4</label>
<caption>
<p>Coverage probability <italic>versus</italic> <italic>R</italic> under the three schemes for different values of <italic>N</italic>, with <italic>&#x3b3;</italic>
<sub>
<italic>th</italic>
</sub> &#x3d;6&#xa0;dB and <italic>C</italic>
<sub>
<italic>n</italic>&#x3d;2</sub>. Markers denote analytical results.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="frcmn-05-1337697-g004.tif"/>
</fig>
<p>
<xref ref-type="fig" rid="F5">Figure 5</xref> compares the average spectral efficiency <italic>versus</italic> <italic>h</italic> under the three schemes for different shadowing conditions. In particular, <xref ref-type="fig" rid="F5">Figure 5A</xref> compares the average spectral efficiency <italic>versus</italic> <italic>h</italic> under the nearest selection and JT-CoMP schemes. Moreover, for completeness, an alternative approach of the JT-CoMP scheme is presented, denoted as JT-CoMP<sub>
<italic>fp</italic>
</sub>, with fixed power <inline-formula id="inf50">
<mml:math id="m83">
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo movablelimits="false" form="prefix">&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</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:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:math>
</inline-formula>, with <italic>p</italic>
<sub>
<italic>i</italic>
</sub> denoting the transmit power of the <italic>i</italic>th UAV-BS in the coordinating set <inline-formula id="inf51">
<mml:math id="m84">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula>. In particular, JT-CoMP<sub>
<italic>fp</italic>
</sub> is expected to provide a more efficient distribution of power among the coordinating UAV-BSs, thereby resulting in a higher energy efficiency. A first observation is that the performance of the conventional JT-CoMP scheme, in terms of the average spectral efficiency, outperforms the corresponding performance of JT-CoMP<sub>
<italic>fp</italic>
</sub> as a result of higher total transmission power. Interestingly, as the shadowing conditions become severer, the achievable spectral efficiency under JT-CoMP<sub>
<italic>fp</italic>
</sub> approaches the corresponding one under the nearest selection scheme. <xref ref-type="fig" rid="F5">Figure 5B</xref> compares the average spectral efficiency <italic>versus</italic> <italic>h</italic> under the nearest selection and random selection schemes. Quite interestingly, it is observed that the achievable spectral efficiency under the random selection scheme approaches the corresponding efficiency under the nearest selection scheme for the higher values of <italic>h</italic>. This is because the distances between the serving UAV-BS and the IoT receiver under the nearest selection scheme and the random selection scheme become comparable with the increase in <italic>h</italic>, and the performance between the two schemes is close.</p>
<fig id="F5" position="float">
<label>FIGURE 5</label>
<caption>
<p>Average spectral efficiency <italic>versus</italic> <italic>h</italic> under the three schemes for different shadowing conditions, with <italic>N</italic> &#x3d; 5, <italic>R</italic> &#x3d; 200&#xa0;m, and <italic>C</italic>
<sub>
<italic>n</italic> &#x3d; 2</sub>. Markers denote analytical results: <bold>(A)</bold> Comparison between the nearest selection and JT-CoMP schemes; <bold>(B)</bold> Comparison between the nearest selection and random selection schemes.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="frcmn-05-1337697-g005.tif"/>
</fig>
<p>
<xref ref-type="fig" rid="F6">Figure 6</xref> compares the coverage probability and the energy efficiency <italic>versus</italic> <italic>N</italic> for the three schemes under investigation. The power consumption model given by Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e13">13</xref> considers both UAVs&#x2019; transmitter and receiver circuit powers required for signaling purposes and the amplifier power efficiency. A first observation is that the coverage performance under JT-CoMP<sub>
<italic>fp</italic>
</sub> is much better compared to that under the nearest selection scheme, with a cost of lower energy efficiency. However, the energy efficiency of both the schemes tends to be the same for higher values of <italic>N</italic>. This is because with the increase in <italic>N</italic>, the serving BSs get closer to the receiver, and hence, the received power increases. This, in turn, increases the probability that the rate threshold is achieved with lower power consumption, which increases the energy efficiency. Moreover, the term <italic>P</italic>
<sub>
<italic>cRx</italic>
</sub> in Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e13">13</xref> becomes dominant, facilitating the convergence in the performance of the techniques. Notably, under both the nearest selection and the JT-CoMP<sub>
<italic>fp</italic>
</sub> schemes, there exists a value of <italic>N</italic> that yields the best trade-off between the coverage performance and energy efficiency. For <italic>N</italic> &#x3d; 5 under both the schemes, an increase in <italic>N</italic> slightly increases the coverage probability but significantly degrades the energy efficiency. Finally, the performance in terms of both coverage probability and energy efficiency under the random selection scheme is the worst, as expected.</p>
<fig id="F6" position="float">
<label>FIGURE 6</label>
<caption>
<p>Coverage probability and energy efficiency <italic>versus</italic> <italic>N</italic> under the three schemes for <italic>&#x3b3;</italic>
<sub>
<italic>th</italic>
</sub> &#x3d;6&#xa0;dB, <italic>R</italic> &#x3d;200&#xa0;m, <italic>h</italic> &#x3d;100&#xa0;m, and <italic>C</italic>
<sub>
<italic>n</italic>&#x3d;2</sub>.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="frcmn-05-1337697-g006.tif"/>
</fig>
<p>Finally, <xref ref-type="fig" rid="F7">Figure 7</xref> compares the achievable energy efficiency <italic>versus</italic> <italic>p</italic> under the three schemes for different values of <italic>h</italic>. In particular, <xref ref-type="fig" rid="F7">Figure 7A</xref> compares the energy efficiency <italic>versus</italic> <italic>p</italic> under the nearest selection and the JT-CoMP<sub>
<italic>fp</italic>
</sub> schemes. A first observation is that the performance of the network, in terms of energy efficiency under the nearest selection scheme, clearly outperforms the corresponding performance under the JT-CoMP<sub>
<italic>fp</italic>
</sub> scheme only for lower values of <italic>h</italic>. This is because JT-COMP<sub>
<italic>fp</italic>
</sub> simultaneously uses <italic>n</italic> transmitters, which means that the effect of <italic>P</italic>
<sub>
<italic>cTx</italic>
</sub> in Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e13">13</xref> is also multiplicative. However, as <italic>h</italic> increases, the serving UAV-BS under the nearest selection scheme must transmit at higher power to achieve the target rate threshold, which results in increased power consumption. Moreover, by increasing <italic>h</italic> under the nearest selection scheme, the optimal transmit power also increases. As <italic>h</italic> increases, the received signal power decreases, thereby degrading the achievable spectral efficiency. Thus, the UAV-BS must transmit at higher power to combat this degradation, which reduces its energy efficiency. On the other hand, under the JT-CoMP<sub>
<italic>fp</italic>
</sub> scheme, the target rates are achieved at the receiver for both values of <italic>h</italic> as a result of higher received power. Therefore, the optimal transmit power is retained at the same value for both UAVs&#x2019; deployment height. <xref ref-type="fig" rid="F7">Figure 7B</xref> compares the energy efficiency <italic>versus</italic> <italic>p</italic> under the random selection and JT-CoMP<sub>
<italic>fp</italic>
</sub> schemes. As expected, the energy efficiency under the random selection scheme has the worst performance, especially for the low value of <italic>h</italic>.</p>
<fig id="F7" position="float">
<label>FIGURE 7</label>
<caption>
<p>Energy efficiency <italic>versus</italic> <italic>p</italic> under the three schemes for different values of <italic>h</italic>, with <italic>N</italic> &#x3d; 5, <italic>R</italic> &#x3d; 200&#xa0;m, and <italic>C</italic>
<sub>
<italic>n</italic> &#x3d; 2</sub>: <bold>(A)</bold> Comparison between the nearest selection and JT-CoMP schemes; <bold>(B)</bold> Comparison between the random selection and JT-CoMP schemes.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="frcmn-05-1337697-g007.tif"/>
</fig>
</sec>
<sec sec-type="conclusion" id="s5">
<title>5 Conclusion</title>
<p>In this work, a novel stochastic geometry framework was proposed for UAV-assisted IoT networks to address the performance of a ground IoT device. Building on the concept of an aerial UAV corridor, a performance analysis, in terms of coverage probability, average rate, and energy efficiency, was conducted by modeling the spatial locations of UAV-BSs as a 1D BPP, which is a key novelty of this paper. As system level insights, it was revealed that i) the coverage performance under the JT-CoMP scheme significantly outperforms the corresponding performance under the nearest-selection scheme for the smaller UAV deployment radius <italic>R</italic> and height <italic>h</italic>; ii) as the shadowing conditions become severer, the achievable spectral efficiency under the JT-CoMP scheme with fixed total transmission power approaches the corresponding one under the nearest-selection scheme, and the achievable spectral efficiency under the random selection scheme approaches the corresponding one under the nearest selection scheme for the higher deployment heights of the UAV-BSs; iii) <italic>N</italic> &#x3d; 5 yields the best trade-off between the coverage performance and energy efficiency both under the JT-CoMP<sub>
<italic>fp</italic>
</sub> and the nearest selection schemes; and iv) the energy efficiency under the nearest-selection scheme outperforms the corresponding efficiency under the JT-CoMP scheme only for lower UAV deployment heights <italic>h</italic>.</p>
<p>Based on the derived insights, a promising future research direction is to extend the current stochastic geometry framework to a multi-corridor-assisted UAV IoT network, where the lanes will be deployed in the three-dimensional space at different heights. Finally, performance analysis of the proposed framework under imperfect CSI is a challenge to be met.</p>
</sec>
</body>
<back>
<sec sec-type="data-availability" id="s6">
<title>Data availability statement</title>
<p>The raw data supporting the conclusion of this article will be made available by the authors, without undue reservation.</p>
</sec>
<sec id="s7">
<title>Author contributions</title>
<p>HA: conceptualization, methodology, investigation, software, validation, visualization, and writing&#x2013;original draft. KM: methodology, supervision, writing&#x2013;review and editing. PB: methodology, supervision, writing&#x2013;review and editing, investigation. AK: methodology, supervision, writing&#x2013;review and editing, conceptualization.</p>
</sec>
<sec sec-type="funding-information" id="s8">
<title>Funding</title>
<p>The authors declare that financial support was received for the research, authorship, and/or publication of this article. This work was supported in part by the European Commission&#x2019;s Horizon Programme under Agreement 101139291 (iSEE-6G).</p>
</sec>
<sec sec-type="COI-statement" id="s9">
<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>
<p>The author(s) declared that they were an editorial board member of Frontiers, at the time of submission. This had no impact on the peer review process and the final decision.</p>
</sec>
<sec sec-type="disclaimer" id="s10">
<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>
<fn-group>
<fn id="fn1">
<label>1</label>
<p>SNR-based performance analysis has been widely studied in the open literature, especially for next-generation UAV-assisted IoT networks (<xref ref-type="bibr" rid="B26">Mahmoud et al., 2021</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B28">Qin et al., 2023</xref>). A common assumption is that the interference from other UAVs&#x2019; transmitters is negligible at the receiver, thanks to interference management techniques such as frequency reuse and extreme beamforming capabilities. Along similar conceptual lines, such an approach has also been followed in this work, where the frequency reuse factor (q) is assumed to be equal to <italic>N</italic>.</p>
</fn>
</fn-group>
<ref-list>
<title>References</title>
<ref id="B1">
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Ahsanullah</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Nevzorov</surname>
<given-names>V. B.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Shakil</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2013</year>). <source>An introduction to order statistics</source>, <volume>8</volume>. <publisher-loc>Berlin, Germany</publisher-loc>: <publisher-name>Springer</publisher-name>.</citation>
</ref>
<ref id="B2">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Armeniakos</surname>
<given-names>C. K.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kanatas</surname>
<given-names>A. G.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2022</year>). <article-title>Performance comparison of wireless aerial 3D cellular network models</article-title>. <source>IEEE Commun. Lett.</source> <volume>26</volume>, <fpage>1779</fpage>&#x2013;<lpage>1783</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/LCOMM.2022.3181332</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B3">
<citation citation-type="confproc">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Bernab&#xe8;</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lopez-Perez</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gesbert</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Bao</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2022</year>). &#x201c;<article-title>On the optimization of cellular networks for UAV aerial corridor support</article-title>,&#x201d; in <conf-name>GLOBECOM 2022-2022 IEEE Global Communications Conference (IEEE)</conf-name>, <conf-loc>Rio de Janeiro</conf-loc>, <conf-date>4 Dec 2022 &#x2013; 8 Dec 2022</conf-date>, <fpage>2969</fpage>. <comment>&#x2013;2974</comment>.</citation>
</ref>
<ref id="B4">
<citation citation-type="confproc">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Bhuyan</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>G&#xfc;ven&#xe7;</surname>
<given-names>I.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Dai</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sichitiu</surname>
<given-names>M. L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Singh</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Rahmati</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2021</year>). &#x201c;<article-title>Secure 5G network for a nationwide drone corridor</article-title>,&#x201d; in <conf-name>2021 IEEE Aerospace Conference</conf-name>, <conf-loc>Big Sky, Montana, USA</conf-loc>, <conf-date>6-13 March 2021</conf-date>, <fpage>1</fpage>&#x2013;<lpage>10</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/AERO50100.2021.9438162</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B5">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Bithas</surname>
<given-names>P. S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Moustakas</surname>
<given-names>A. L.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2023</year>). <article-title>Generalized UAV selection with distributed transmission policies</article-title>. <source>IEEE Trans. Commun.</source> <volume>71</volume>, <fpage>741</fpage>&#x2013;<lpage>756</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TCOMM.2022.3229665</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B6">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Bithas</surname>
<given-names>P. S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Nikolaidis</surname>
<given-names>V.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kanatas</surname>
<given-names>A. G.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Karagiannidis</surname>
<given-names>G. K.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2020</year>). <article-title>UAV-to-ground communications: channel modeling and UAV selection</article-title>. <source>IEEE Trans. Commun.</source> <volume>68</volume>, <fpage>5135</fpage>&#x2013;<lpage>5144</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/tcomm.2020.2992040</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B7">
<citation citation-type="confproc">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Boschiero</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Giordani</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Polese</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zorzi</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2020</year>). &#x201c;<article-title>Coverage analysis of UAVs in millimeter wave networks: a stochastic geometry approach</article-title>,&#x201d; in <conf-name>2020 International Wireless Communications and Mobile Computing (IWCMC) (IEEE)</conf-name>, <conf-loc>Limassol, Cyprus</conf-loc>, <conf-date>June 15-19, 2020</conf-date>, <fpage>351</fpage>&#x2013;<lpage>357</lpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B8">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Cherif</surname>
<given-names>N.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Alzenad</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yanikomeroglu</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yongacoglu</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2021a</year>). <article-title>Downlink coverage and rate analysis of an aerial user in vertical heterogeneous networks (vhetnets)</article-title>. <source>IEEE Trans. Wirel. Commun.</source> <volume>20</volume>, <fpage>1501</fpage>&#x2013;<lpage>1516</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TWC.2020.3033940</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B9">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Cherif</surname>
<given-names>N.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Jaafar</surname>
<given-names>W.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yanikomeroglu</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yongacoglu</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2021b</year>). <article-title>3D aerial highway: the key enabler of the retail industry transformation</article-title>. <source>IEEE Commun. Mag.</source> <volume>59</volume>, <fpage>65</fpage>&#x2013;<lpage>71</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/MCOM.010.2100072</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B10">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Dang-Ngoc</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Nguyen</surname>
<given-names>D. N.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ho-Van</surname>
<given-names>K.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hoang</surname>
<given-names>D. T.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Dutkiewicz</surname>
<given-names>E.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Pham</surname>
<given-names>Q.-V.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2022</year>). <article-title>Secure swarm UAV-assisted communications with cooperative friendly jamming</article-title>. <source>IEEE Internet Things J.</source> <volume>9</volume>, <fpage>25596</fpage>&#x2013;<lpage>25611</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/jiot.2022.3197975</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B11">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Enayati</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Saeedi</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Pishro-Nik</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yanikomeroglu</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2019</year>). <article-title>Moving aerial base station networks: a stochastic geometry analysis and design perspective</article-title>. <source>IEEE Trans. Wirel. Commun.</source> <volume>18</volume>, <fpage>2977</fpage>&#x2013;<lpage>2988</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/twc.2019.2907849</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B12">
<citation citation-type="confproc">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Fan</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wu</surname>
<given-names>P.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Xia</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2023</year>). &#x201c;<article-title>Air-to-ground communications beyond 5G: the formation control of UAV swarm</article-title>,&#x201d; in <conf-name>2023 IEEE International Conference on Acoustics, Speech, and Signal Processing Workshops (ICASSPW)</conf-name>, <conf-loc>Rhodes Island, Greece</conf-loc>, <conf-date>4-10 June 2023</conf-date>. <comment>1&#x2013;5</comment>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/ICASSPW59220.2023.10193143</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B13">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Fu</surname>
<given-names>C.-W.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ku</surname>
<given-names>M.-L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chen</surname>
<given-names>Y.-J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Quek</surname>
<given-names>T. Q.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2023</year>). <article-title>UAV trajectory, user association and power control for multi-UAV enabled energy harvesting communications: offline design and online reinforcement learning</article-title>. <source>IEEE Internet Things J.</source>, <fpage>1</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/jiot.2023.3325841</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B14">
<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>2007</year>). <source>Table of integrals, series, and products</source>.</citation>
</ref>
<ref id="B15">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Hou</surname>
<given-names>T.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Liu</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Song</surname>
<given-names>Z.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sun</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chen</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2019</year>). <article-title>Multiple antenna aided noma in uav networks: a stochastic geometry approach</article-title>. <source>IEEE Trans. Commun.</source> <volume>67</volume>, <fpage>1031</fpage>&#x2013;<lpage>1044</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TCOMM.2018.2875081</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B16">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Hou</surname>
<given-names>T.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Liu</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Song</surname>
<given-names>Z.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sun</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chen</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Uav-to-everything (u2x) networks relying on noma: a stochastic geometry model</article-title>. <source>IEEE Trans. Veh. Technol.</source> <volume>69</volume>, <fpage>7558</fpage>&#x2013;<lpage>7568</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TVT.2020.2994167</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B17">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Hou</surname>
<given-names>T.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Liu</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Song</surname>
<given-names>Z.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sun</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chen</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hanzo</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2022</year>). <article-title>Mimo assisted networks relying on intelligent reflective surfaces: a stochastic geometry based analysis</article-title>. <source>IEEE Trans. Veh. Technol.</source> <volume>71</volume>, <fpage>571</fpage>&#x2013;<lpage>582</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TVT.2021.3129308</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B18">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Huq</surname>
<given-names>K. M. S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Otung</surname>
<given-names>I. E.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Rodriguez</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2023</year>). <article-title>A study of coverage probability-based energy-efficiency analysis for UAV-aided THz-enabled 6G networks</article-title>. <source>IEEE Trans. Intelligent Transp. Syst.</source> <volume>24</volume>, <fpage>7404</fpage>&#x2013;<lpage>7411</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TITS.2022.3188653</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B19">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Irmer</surname>
<given-names>R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Droste</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Marsch</surname>
<given-names>P.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Grieger</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Fettweis</surname>
<given-names>G.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Brueck</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2011</year>). <article-title>Coordinated multipoint: concepts, performance, and field trial results</article-title>. <source>IEEE Commun. Mag.</source> <volume>49</volume>, <fpage>102</fpage>&#x2013;<lpage>111</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/mcom.2011.5706317</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B20">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Jiang</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>Z.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>C.-X.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Dang</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wu</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2020</year>). <article-title>A novel 3d uav channel model for a2g communication environments using aod and aoa estimation algorithms</article-title>. <source>IEEE Trans. Commun.</source> <volume>68</volume>, <fpage>7232</fpage>&#x2013;<lpage>7246</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TCOMM.2020.3011716</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B21">
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Karimi-Bidhendi</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Geraci</surname>
<given-names>G.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Jafarkhani</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2023</year>). <source>Optimizing cellular networks for UAV corridors via quantization theory</source>. <comment>
<italic>arXiv preprint arXiv:2308.01440</italic>
</comment>.</citation>
</ref>
<ref id="B22">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Lei</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Park</surname>
<given-names>K.-H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ansari</surname>
<given-names>I. S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Jiang</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Pan</surname>
<given-names>G.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Safeguarding uav iot communication systems against randomly located eavesdroppers</article-title>. <source>IEEE Internet Things J.</source> <volume>7</volume>, <fpage>1230</fpage>&#x2013;<lpage>1244</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/JIOT.2019.2953903</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B23">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Miridakis</surname>
<given-names>N. I.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Tsiftsis</surname>
<given-names>T. A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yang</surname>
<given-names>G.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Xia</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Air-to-air communications beyond 5G: a novel 3D CoMP transmission scheme</article-title>. <source>IEEE Trans. Wirel. Commun.</source> <volume>19</volume>, <fpage>7324</fpage>&#x2013;<lpage>7338</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TWC.2020.3010569</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B24">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Lin</surname>
<given-names>Z.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lin</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Champagne</surname>
<given-names>B.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhu</surname>
<given-names>W.-P.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Al-Dhahir</surname>
<given-names>N.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Secrecy-energy efficient hybrid beamforming for satellite-terrestrial integrated networks</article-title>. <source>IEEE Trans. Commun.</source> <volume>69</volume>, <fpage>6345</fpage>&#x2013;<lpage>6360</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TCOMM.2021.3088898</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B25">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Lin</surname>
<given-names>Z.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Niu</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>An</surname>
<given-names>K.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zheng</surname>
<given-names>G.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chatzinotas</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2022</year>). <article-title>Refracting ris-aided hybrid satellite-terrestrial relay networks: joint beamforming design and optimization</article-title>. <source>IEEE Trans. Aerosp. Electron. Syst.</source> <volume>58</volume>, <fpage>3717</fpage>&#x2013;<lpage>3724</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TAES.2022.3155711</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B26">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Mahmoud</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Muhaidat</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sofotasios</surname>
<given-names>P. C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Abualhaol</surname>
<given-names>I.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Dobre</surname>
<given-names>O. A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yanikomeroglu</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Intelligent reflecting surfaces assisted uav communications for iot networks: performance analysis</article-title>. <source>IEEE Trans. Green Commun. Netw.</source> <volume>5</volume>, <fpage>1029</fpage>&#x2013;<lpage>1040</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TGCN.2021.3068739</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B27">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Matracia</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kishk</surname>
<given-names>M. A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Alouini</surname>
<given-names>M.-S.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2023</year>). <article-title>UAV-aided post-disaster cellular networks: a novel stochastic geometry approach</article-title>. <source>IEEE Trans. Veh. Technol.</source> <volume>72</volume>, <fpage>9406</fpage>&#x2013;<lpage>9418</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TVT.2023.3247920</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B28">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Qin</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kishk</surname>
<given-names>M. A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Alouini</surname>
<given-names>M.-S.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2023</year>). <article-title>Stochastic geometry-based trajectory design for multi-purpose uavs: package and data delivery</article-title>. <source>IEEE Trans. Veh. Technol.</source>, <fpage>1</fpage>&#x2013;<lpage>16</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TVT.2023.3323682</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B29">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Shakoor</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kaleem</surname>
<given-names>Z.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Do</surname>
<given-names>D.-T.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Dobre</surname>
<given-names>O. A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Jamalipour</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Joint optimization of uav 3-d placement and path-loss factor for energy-efficient maximal coverage</article-title>. <source>IEEE Internet Things J.</source> <volume>8</volume>, <fpage>9776</fpage>&#x2013;<lpage>9786</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/JIOT.2020.3019065</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B30">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Shi</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Deng</surname>
<given-names>N.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2022</year>). <article-title>Modeling and analysis of mmwave UAV swarm networks: a stochastic geometry approach</article-title>. <source>IEEE Trans. Wirel. Commun.</source> <volume>21</volume>, <fpage>9447</fpage>&#x2013;<lpage>9459</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/twc.2022.3176906</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B31">
<citation citation-type="confproc">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Singh</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Bhattacherjee</surname>
<given-names>U.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ozturk</surname>
<given-names>E.</given-names>
</name>
<name>
<surname>G&#xfc;ven&#xe7;</surname>
<given-names>&#x130;.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Dai</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sichitiu</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2021</year>). &#x201c;<article-title>Placement of mmwave base stations for serving urban drone corridors</article-title>,&#x201d; in <conf-name>2021 IEEE 93rd Vehicular Technology Conference (VTC2021-Spring) (IEEE)</conf-name>, <conf-loc>Helsinki, Finland</conf-loc>, <conf-date>April 25-28, 2021</conf-date>. <comment>1&#x2013;6</comment>.</citation>
</ref>
<ref id="B32">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Singh</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sichitiu</surname>
<given-names>M. L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>G&#xfc;ven&#xe7;</surname>
<given-names>&#x130;.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Bhuyan</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2023</year>). <article-title>Minimizing ground risk in cellular-connected drone corridors with mmwave links</article-title>. <source>IEEE Trans. Aerosp. Electron. Syst.</source> <volume>59</volume>, <fpage>7923</fpage>&#x2013;<lpage>7937</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/taes.2023.3301824</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B33">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Sun</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Nan</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Quek</surname>
<given-names>T. Q.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2023</year>). <article-title>Uplink CoMP transmission for cellular-connected UAV networks</article-title>. <source>IEEE Wirel. Commun. Lett.</source> <volume>12</volume>, <fpage>1513</fpage>&#x2013;<lpage>1517</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/lwc.2023.3281198</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B34">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kishk</surname>
<given-names>M. A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Alouini</surname>
<given-names>M.-S.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2023</year>). <article-title>Resident population density-inspired deployment of k-tier aerial cellular network</article-title>. <source>IEEE Trans. Wirel. Commun.</source> <volume>22</volume>, <fpage>7989</fpage>&#x2013;<lpage>8002</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/twc.2023.3257222</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B35">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>W.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Jiang</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Fei</surname>
<given-names>Z.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Guo</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2022</year>). <article-title>Coverage performance of the multilayer UAV-terrestrial hetnet with CoMP transmission scheme</article-title>. <source>Front. Inf. Technol. Electron. Eng.</source> <volume>23</volume>, <fpage>61</fpage>&#x2013;<lpage>72</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1631/fitee.2100310</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B36">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Xu</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Liao</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Tan</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ye</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lu</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Recent research progress of unmanned aerial vehicle regulation policies and technologies in urban low altitude</article-title>. <source>IEEE Access</source> <volume>8</volume>, <fpage>74175</fpage>&#x2013;<lpage>74194</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/access.2020.2987622</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B37">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Yao</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhu</surname>
<given-names>Z.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Huang</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yue</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Pan</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Energy efficiency characterization in heterogeneous IoT system with UAV swarms based on wireless power transfer</article-title>. <source>IEEE Access</source> <volume>8</volume>, <fpage>967</fpage>&#x2013;<lpage>979</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/ACCESS.2019.2961977</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B38">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Yu</surname>
<given-names>P.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ding</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>Z.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Tian</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Liu</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2023</year>). <article-title>Energy-efficient coverage and capacity enhancement with intelligent UAV-BSs deployment in 6G edge networks</article-title>. <source>IEEE Trans. Intelligent Transp. Syst.</source> <volume>24</volume>, <fpage>7664</fpage>&#x2013;<lpage>7675</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TITS.2022.3198834</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B39">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Liu</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sun</surname>
<given-names>W.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2019</year>). <article-title>Stochastic geometric analysis of multiple unmanned aerial vehicle-assisted communications over internet of things</article-title>. <source>IEEE Internet Things J.</source> <volume>6</volume>, <fpage>5446</fpage>&#x2013;<lpage>5460</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/JIOT.2019.2902162</pub-id>
</citation>
</ref>
</ref-list>
</back>
</article>