TELKOM NIKA Indonesia n  Journal of  Electrical En gineering   Vol.12, No.5, May 2014, pp . 3761 ~ 37 6 8     DOI: http://dx.doi.org/10.11591/telkomni ka.v12i5.5105          3761     Re cei v ed  No vem ber 1 1 , 2013; Re vi sed  De cem ber 2 6 ,  2013; Accep t ed Jan uary 9 ,  2014   Signal Detection Based on Particle Swarm Optimization  for MIMO-OFDM System      Chao Qun Wu 1 , Dan Zhao 2 , JingPeng Gao * 3   1 School of Aut o mob ile a nd T r affic Engin eeri ng, Hei l on gji a n g  Institute of  T e chn o lo g y ,    Harbi n , 150 00 1, Chin a   2,3 College of Information and Co mmu ni ca tion  En g i n e e r i n g ,  H a rb in  En gi nee ri ng  U n i v e r si ty ,   Harbi n , 150 00 1, Chin a   *Corres p o ndi n g  author, e-ma i l : gaoj ing p e n g @ hrbe u.ed u.cn      A b st r a ct   In order to over come the defe c ts of the slow   c onver genc e rate of the tradi tion al Genetic A l gorit h m   and  basic P a r t icle Sw arm O p timi z a ti on dr o p s into  l o ca opti m u m   easi l y , an i m prov e d  Particl e  Sw arm  Optimi z a t i o n  a l gorit hm  bas ed  on hybr id a l g o rith m is pr op osed  and  app l i ed to the s i g nal d e tectio n for   MIMO-OF D M system. T he al g o rith m opti m i z e s  the basic  Par t icle Sw arm Optimi z a ti on al g o rith m an d so me   prob le ms w e re  solve d  by  me ans of P a rticle  Sw arm Opti mi z a t i o n  co mbin ed w i th Gen e ti c Algor ith m  fo r   sign al d e tectio n. T h roug h the  theoretic al an alysis a nd the  simulati on res e arch, this i m pr oved a l g o rith m is   super ior to b a s i c Particle Sw a r m Opti mi z a t i o n  al gorith m   0.5 d B un der th e same n u m ber   of iteratio ns an is   better than traditional Gene tic Al go ri thm   0 . 5d B un de r th e sa me   b i t e r r o r r a te. T h is  alg o ri thm  i m prov es t h e   system  signal  detection perform a nce  effectively with less  iteration  and  reduces the bit error rate. It has   rapi d spee d of conver genc e a nd str ong ca pa bility of gl ob al search.      Ke y w ords : MIMO, O F DM, particle swarm  optim i z at io n, hybr id al gorith m , si gna l detecti on         Copy right  ©  2014 In stitu t e o f  Ad van ced  En g i n eerin g and  Scien ce. All  rig h t s reser ve d .       1. Introduc tion  The com b ina t ion  of  O r tho gonal   Freque ncy Division  Multiplexing (OFDM )   a nd Multiple   Input Multipl e  Outp ut (MI M O) i s   one   of key te ch n o logie s  i n  th e fourt h  ge n e ration  of m obile  telecom m uni cation [1]. OFDM can imp r ove the sp e c tral efficie n cy and spatial  multiplexing  gain   of a system  can be extra c t ed thro ugh M I MO techni qu e. In this way,  the com b inat ion of them can  improve the  spe c tral  effici ency an d dat a tran smi ssio n  rate s. Mea n whil e, introd ucin g MIMO  to  OFDM  can  achi eve bro a dban d OFDM system, whi c h is ad opting tran smitter array whi c con s i s ts  of a  l a rge  nu mbe r   of low-po we transmitte rs t o  elimin ate th e shad ow effect a nd  achie v f u ll cov e rag e .  MI MO  sy st e m  ca comb at  mult i-pat h   fading, but it  is not  suita b l e  for frequ en cy  sele ctive fadi ng ch ann el in the  MIMO system, whi c can be over co me by OFDM  [2]. The Guard   Interval (GI )  can  eliminate  inter-symbol  interfer en ce  (ISI) and  Cyclic Prefix (CP )  ca n elimin a t Inter- ca rrie r  Interfer en ce (I CI).   In ord e r to   achi eve excellent tra n sm i ssi on p e rfo r mance fo MIMO-OF D M  system,   pre c ise  sign al  dete c tion i s   very ne ce ssa r y bef o r e d e m odulatio n [3 ]. In MIMO-O FDM  system,  the   perfo rman ce  and the com p lexity of signal dete c tion  algorithm of  system rece iver will directly  affect the qu ality of the entire commu n i cation  sy ste m . Signal det ection  algo rithm with ex ce llent   detectio n  pe rforman c e i s   often accom panie d  by  hi gher  co mple xity;  the real ization  of hi gh  compl e xity algorithm i s  often limited by  hardwar e processing  capability. Theref ore, developi n g   an alg o rithm  with optimal  sign al dete c ti on pe rform a n c e a nd mo de rate compl e xity is the key  to  achi eve satisfacto ry pe rforma nce of  receiv er fo r MIMO-OF D M sy stem.  Signal det ection   method gen erally i n clu d e   linear dete c ti on a n d  nonli n ear  dete c tion   in the  field  of  sign al d e tecti o n   for MIMO-OF D system  so far. T he  re search  of line a r  dete c tion  m a inly focuses  on Ze ro  Fo rci ng  (ZF) dete c tio n  [4], Minimu m Mea n  Sq u a re  Error (M MSE) dete c ti on [5], an d L i near Minim u Mean  Squa re  Error  (LM M SE) dete c tion  [6]. The  de sign of li nea detectio n  al g o rithm i s   sim p le  and  ea sy to  be impl emen ted, but the   detectio n  p e rf orman c e  is  worse, it i s   n o t suita b le to  be  applie d sepa rately in practi cal  system. T he res earch i n  nonli nea r d e tection  main ly focuses  on   QR de co mpo s ition dete c ti on algo rithm  [7], Serial Interferen ce Ca ncell a tion det ection al gorit hm  [8] and V - BL AST dete c tio n  alg o rithm  [9 ].The ab ove  algorith m s de tect laye r by l a yer to  elimin ate  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 12, No. 5, May 2014:  3761 – 37 68   3762 the inte rfere n c e, thei pe rforma nc e i s  li mited by th first lin ear de tection  accu racy. Th e e r ro r of   the first linea r dete c tion re sults  will in crease the er ro r pro bability  of interfere n ce can c ell a tio n  in  the se con d  d e tection a nd  bring  cum u lat i ve erro r.  Many intelligent optimization algorithms  have bee n put forward, these  ki nds of detection  algorith m s are p r opo se based  on th e lo cal  optim iz ation  of int e lligen ce  alg o rithm. Intelli gent   algorith m  ca n solve the  optimizatio probl em of  functio n s, such as  cal c ulati ng the maxi mum  value or the  minimum val ue of a functi on in a  sol u tion sp ace .In the field of signal dete c tio n intelligent alg o rithm takes the maximum likeliho od  function a s  the obje c tive function a n d  all  possibl e tran smit sig nal  vector a s  th e sol u ti on  space. The a l gorithm imit ates the  nat ural   pro c e s ses of  intelligent  o p timization  in  col onial  org anism s to  fin d  the  optimal  tran smit  sig nal.  These si gnal  detection m e thod s first  appe are d  in  the CDMA  system multi - user d e tecti on.  Kech riotis a pplied  Ho pfield n eural n e twork  to  th e CDMA  sy stem to  solve the m a ximum   likeliho od d e tection  whi c is a NP p r o b l e m [10]. Jian g Ming an Han z o p r o p o s ed a  multi-u s er  detectio n  alg o rithm ba sed  on Geneti c  Algorithm for M I MO-OF D M systems [11]. Lou w and Botha   prop osed sp here d e tectio n based on  Hopfiel d  neu ra l netwo rk fo r MIMO syst em [12]. Higuchi   and Kaiwa propo sed a MI MO system  si gnal dete c ti o n  algorith m  b a se d on tabo o sea r ch [13].  In this p ape r, we p r e s ent  an imp r ove d  Particl e  S w arm Optimi zation  sig nal  detectio n   algorith m  wit h  good p e rfo r mance and lo wer  com p lexi ty with the same numb e r o f  iterations an bit error  rat e , whi c h i s  com b ining   hybrid  genet ic alg o rithm  with ba si c Particle  Swarm  Optimizatio n  to minimize the negative effects of t he e r ror diffusio n , its pe rform ance is su pe rior t o   other t r aditio nal alg o rithm s . The  re st o f  the pap er  i s  org ani zed  a s  follo ws.  Firstly, we d e scribe   the syste m   model of MI MO-O FDM.  Secon d ly,  the propo sed  sign al dete c t o r of MIMO -OFDM   system  ba se d on  Parti c le  Swa r Opti mization  si gn al dete c tion   algorith m  i s  i n trodu ce,  an d the  simulatio n  re sults a r e obta i ned. Finally, some  con c lu sions a r e d r a w n in this se cti on.      2. Sy stem Model  The sy stem  block dia g ra m of MIMO-OFDM  i s   sh own  as Fi gu re 1. Th e transmitted  sign als go th roug h co de mappin g . before pa ssing the se rial-to - p a rallel  conve r sio n  and IF FT   modulatio n. At last, a cyclic prefix is ad ded to  them. They are tra n s mitted via different tran smit  antenn a re sp ectively. Afte r goin g  thro u gh a freq uen cy-sele c tive cha nnel, the  receivers firstly  move the  cyclic p r efix from  the sig nal s.  Seco n d ly, the  re ceived  sig nals  are  tran sform ed by F FT  ,and then pa ss throu gh a p a rallel - to-se r i a l conve r si on . Finally, the r e ceive d  sign a l s go thro ugh  a   decode r and t he re ceive r get the re covered o r igi nal data.      Mod u la ti o n Bi na r y   da ta MIMO Encoder OFDM Mo du l a tion OFDM Mo du l a tion OFDM Mo du l a tion ... Se ri a l P a ralle l IFFT CP Ins e rt ion Pa r a llel Se ri al OF D M  M o du l a t i on     OF DM D e m odul at ion OF DM D e m odul at ion OF DM D e m odul at ion MI MO Dec oder Dem odul ati o n Bi n a r y   da ta ... Seria l Pa r a l l e l FF T CP Re m ova l Pa r a l l e l Se r i a l OFD M  Dem odula t i o n Figure 1. Block  Diag ram o f  a MIMO-OF D M System  Model       For a  MI M O  sy st em   wit h   Nt  transmitting a n tenna and   Nr  re ceiving  a n tenna s, hi gh- spe ed d a ta st ream s g o  through  a seri al -to-p a rall el co nversi on, the r e is  d N  data in   each g r oup.  The vecto r  form of the  n -th set of data in the  t i -th tran smitting anten na is a s  follo ws:      T d i i i i n N d n d n d n d t t t t ) , 1 ( , ), , 1 ( ), , 0 ( ) (  (1)   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     Signal Dete ct ion Base d on  Particle Swarm   Optim i zation for MIMO-O FDM…  (Cha oQun  Wu 3763 In ord e r to eli m inate the  ef fects  of ISI and ICI,  t i d is  coupled  with a Cyclic P r efix whose  length i s   CP N  after the IFFT transfo rmatio n, then we  ca n  get the time-domain  OF DM symbol.   The vecto r  form of the  n -th OFDM  symb ol in the  t i -th transmitting a n t enna is a s  fo llows:     T CP d i i i i n N N x n x n x n x t t t t , 1 , , 1 , , 0 ) (  (2)     Whe r e,     1 0 2 exp ) , ( ) , ( d t t N i d CP i i N N m l j n l d n m x  (3)     The re ceivin g  antenna  rem o ve the cycli c  pref ix from the re ceived  signal s then carry out   the FFT tran sform a nd g e t the initial  data of the tran smitter in  freque ncy do main. The  n -t OFDM  sig nal  at the  k -th su bca rri er re cei v ed  by  the  r i -th re ceiving  a n tenna  ca n b e  de scribe d   as:     ) , ( ) , ( ) ( ) , ( 1 0 , n k W n k X k H n k Y r t t t t r r i N i i i i i  (4)     Then, we  can  get the matrix form of t he  MIMO-OF D M  transmi ssion  system mod e l as:     ) , ( ) , ( ) ( ) , ( n k W n k X k H n k Y  (5)     Whe r e, T Nr n k Y n k Y n k Y n k Y )] , ( , ), , ( ), , ( [ ) , ( 1 1 0  rep r e s ent re ceive d  si gnal  vect or  at the  k -th sub c arrie r T Nt n k X n k X n k X n k X )] , ( , ), , ( ), , ( [ ) , ( 1 1 0 rep r e s ent s tran smi tted  sign al vecto r  at the  k -th sub c a rri e r T Nr n k W n k W n k W n k W )] , ( , ), , ( ), , ( [ ) , ( 1 1 0   rep r e s ent s th e noi se  vecto r ) ( k H  mean s th e  ch ann el freq uen cy   respon se matrix of  the  k -th  sub c a rri er, it can b e  de scri bed a s  follows:    ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ( 1 , 1 1 , 1 1 , 0 1 , 1 1 , 1 1 , 0 0 , 1 0 , 1 0 , 0 k H k H k H k H k H k H k H k H k H k H Nr Nt Nr Nr Nt Nt  (6)       3. Dete ction  Process a n d  Optimi ztion Algorithm  Descriptio n   3.1. Particle S w arm Opti miz a tion Algorithm   In1995, Dr. Eberh a rt and  Dr. Kenn edy prop osed  Particle Swa r m Optimizatio n  algorith m   [15]. It is a n  evolution a ry  tech nolo g y, origi nat ing  from th re search  on  bird flock  preying  behavio r. Particle  swarm  O p timization  is  based  on t h e  ob servatio of clu s te r a c ti vity behavior,  it  use s  th e info rmation  sh arin g of in dividual s in  g r ou p to  make  the  enti r gro up  mov e  from  di so rd er  to ord e r in  th e solvin g sp ace  and fin a l l y obtain  the  optimal  solu tion. All the particl es hav e a  fitness valu e determi ned b y  the optimization f unctio n  and a spe e d  determin e s the dire ction a n d   distan ce. The   pa rticle s adj ust  the  spee dyna mica ll y acco rding  t o  its own flyi ng exp e rie n ce a s   well a s  the flying experi e n c e from their  compani on.   The initiali zat i on is  a g r ou p of ra ndom  particl es. T h e n  we  ca n get  the optimal  solutio n   throug h itera t ion. Durin g  each iteratio n, the  particles upd ate themselves b y  trackin g  two   extreme s . Th e first is the  optimal solution found  by  the parti cle itself. This  sol u tion is calle person a l be st . The othe r e x treme is  call ed group  be s t, which i s  the  optimal solut i on of the e n tire  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 12, No. 5, May 2014:  3761 – 37 68   3764 grou p. Assu me that there  is a comm un ity composed  of  N  particl es i n  a  D -dime n sio nal se ar ch  spa c e, ea ch  particl es  rep r ese n ts a s  a  D -dimen sion al vector.     N i x x x X iD i i i , , 2 , 1 ), , , , ( 2 1  (7)     The sp eed of  the particl e is a  D -dimen sio n a l vector, den oted as    N i v v v V iD i i , , 2 , 1 ), , , 2 1 i  (8)     Personal b e st  is also a  D -di m ensi onal ve ctor, de noted  as    N i p p p p iD i i best , , 2 , 1 ), , , , ( 2 1  (9)     Whe n  findi ng  the two  be st  values, th e p a rticle upd ate the  sp eed  a nd p o sition  a c cordi n g   to the followin g  Equation (1 0) and  (11 )   ) ( 2 2 1 1 1 q id q gd q id q id q id q id x p r c x p r c wv v  (10 )     1 1 q id q id q id v x x  (11 )     3.2. Signal Detec t ion Pro cess  Bas e d on Particle Sw a r m Optimi zatio n  Algori t hm   sig nal dete c tion sche me   ba sed   on   Pa rticle   Swa r m Optimizatio n  algorith m   fo r MIMO- O F D M   s y s t em is  d e s i gn ed  in  th is  pa pe r .  In  o r d e r t o  achieve a  sufficiently go od pe rform a n c e of  Particle Swarm Optimizati on sig nal det ection al gor it hm, the main  param eters of Particle S w arm  Optimizatio n  algorith m  are  desi gne d as f o llows:   Firstly, species initiali zati on. q is the  nu mber  of itera t ions;  1 c 2 c  is th e accel e ratio n   coeffici ent, they usu a lly eq ual 2;  2 , 1 r is a  ra ndom  numb e r  bet wee n  0 t o  1;  q id v  is the  speed i n   dth-dim e n s io n of the qth  it eration of p a rticle i;  id x is th e cu rrent po sition of p a rti c le i in dth - dimen s ion;  id p is the be st po sition of pa rti c le i in dth - di mensi on;  gd p  is the be st po sition of  whol e gro up i n   d th - d imen s i on Sec o ndly, parameter  s e ttings . In order to pr event t he p a rticl e away from th e search   space, the  particle velocit y  of  each di mensi on  will  be confined to ] , [ max max d d v v , gene rally max max d d kx v , 1 1 . 0 k  , each dime nsio n use the  same  setting s.  Finally, the selectio n of the fitness fun c tion.  The fitness functio n  is the stan da rd based  on the  maxim u m li keliho od  to asse ssme nt the  syst em  dete c tion  pe rforman c e  go o d  o r  b ad, a n d  it  is non -ne gati v e:    ] 2 [ max arg } { min arg 2 Hx H x y H x X H y T T T T x x x  (12 )     Set the object i ve function o f  the MIMO-O FDM si gnal d e tector  as:     Hx H x y H x x T T T T 2 ) (  (13 )     Assu me th at the o b je ctive fun c tion  achieves maxi mum valu whe n  x i s b , then th e   obje c tive function value is  ) ( b , beca u se  ) ( b  ca n be po sitive or neg ative, in orde r to en sure   the fitness fu nction i s  non -negative, the fitne ss fun c tio n  in sign al de tection is  set as:     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     Signal Dete ct ion Base d on  Particle Swarm   Optim i zation for MIMO-O FDM…  (Cha oQun  Wu 3765 )) ( exp( ) ( b b f  (14 )     Whe r  is a   norm a l num b e r in th e exp e rime nt of this pa pe r,   is  set to 0.1. So  that  the best d e te ction of the M I MO-OF D signal can  be  descri bed a s   a PSO optimal individual, that  is the output  of the detecti on.    3.3. MIMO-OFDM  Sign al De tec t io n Proce s s  Ba sed  on  improv ed  Particle S w a r Optim i za tion   In order to overcome the p r oble m  of basic  Particle Swarm Optimi za tion algorithm  easily   fall into lo cal  extremum, it  is  requi re d to find a n  alg o rithm  with g ood gl obal  search  ability, the   Geneti c  Algo rithm ca n effectively prev ent the sea r ch pro c e ss fal ling into local  extremum [1 6].  This al gorith m  is ba sed  on the pri n ci ple of hybr id  in Geneti c   algorith m . In each ite r ati on, a   spe c ified n u m ber of pa rticle s are  sel e cted into  th e hybrid po o l  accordi ng to hybridi z ati on  prob ability. Particle hybri d ize  ra ndoml y  in the  po ol  and the n  p r o duce the  sam e  num ber of filial   gene ration p a rticle s. After that, filial  generatio n par ti cle s  su bstitut e  the pare n tal particl es.  The   positio n of filial gene ration  is cal c ul ated  by the  arithm etic cro ssove r of the pare n t al position     q parent q parent q child x p x p x 2 1 ) 1 ( 1  (15 )     Whe r p  is  a  ran dom  nu mber  betwee n  0 to 1. T he spee d of  filial gene ra tion is  cal c ulate d  by (16 )   q parent q parent q parent q parent q parent q child v v v v v v 1 2 1 2 1 1  (16 )     The dete c tio n  step s ba sed on hybri d  parti cle  swa r m algo rithm  optimization  are as  follows Step 1: Initialize the po sitio n   x  and sp eed  v  of each pa rticle ra ndo mly.  Step 2: Evaluate the fitnes s of each  particl e and  store the  current po sition  and the  adaptatio n value s  in the  best p o sitio n  of each pa rt icle, then  sto r e the  be st individual fitn ess  value amon g all pbe st in the gbe st.  Step 3: Updat e the spe ed  v  and  po sition  x  of each p a rticle.  Step 4: Com pare th e fitness value of  each  parti cl e as  sho w in (14 )  with t he be st  positio n it has experien c e d  and take the better one a s   the curre n t best po sition;   Step 5: Comp are the  curre n t value of  id p  and  gd p  then upd a t e the gbest.   Step 6: Elect a sp ecifie d numb e r of  particl es int o  the hybrid  pool a c cording to   hybridi z ation probability, particl es hybridized  randomly in t he pool and pro duce the  same  number  of filial generation parti cles   (child), then upda te the  position and ve locity of the filial   gene ration by  (15) a nd (1 6), maintaining  id p  and  gd p  unchan ged.   Step 7: Stop whe n  con d ition whi c h  is the  co m puting p r e c ision or the n u mbe r  of  iteration s  is  met, the sea r ch  stop s an d  outputs  re su lts, otherwise  returns to  st ep3  to  conti nue  the sea r ch.  Whe n  the p r eset n u mbe r   of iteration s   and  a c curacy  is re ached, t he search  st ops  and  the output re sult is the optimal detectio n  signal.       4. Simulation Resul t s   In this  pap e r , the  simul a tion of the   algorith m s m entione d b e fore  is cond u c ted to  demon strate  the perfo rmance of th e pro p o s ed  sign al dete c tion meth o d . The  simu lation  para m eter va lues a r sho w n in Ta ble 1 .  Assumin g  th at the sen d in g and receiving anten na are   indep ende nt.  The simul a tions are  pe rfo r med  i n   4×4 MIMO-OF D M syste m  wit h  one  path.  We   assume th at the cha nnel  state informati on (CSI)  is  known. The  sende r u s e s  the mod u latio n  of  BPSK and 8QAM. The transmi ssion  power of the sende r is  1. Each  noise is  compl e x-valued  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 0 46                     TELKOM NI KA  Vol. 12, No. 5, May 2014:  3761 – 37 68   3766 additive Ga u ssi an  white n o ise, a nd it is indep end ent  and id entical l y distribute d   Gau ssi an  whi t e   noise with zero mean; the  MIMO-OF D M  system is  sin g le path.       Table 1. Tabl e of Paramet e rs Setting fo r Algorithm Si mulation   Parameter value  Maximum velocity  3.5  Inertia w e ight   [0.4,0.9]   Acceleration coefficient(c1)  Acceleration coefficient(c2)  Length of CP   512  Points of FFT   2048 Transmitting ant enna   Receiving antenna      Figure 2 sho w s th e difference in the  bit er ror rate  unde r  the  condition of d i fferent  iteration s  an d simulatio n  para m eters b e twee improved parti c le  swa r m opti mization d e te ction  algorith m  and  maximum likelihoo d dete c tion algorith m       Figure 2. BER of IPSO Algorit hm in  Different Iterations      The sim u latio n  results sho w  that the maximum  num b er of iteratio ns of 25 is su perio r to  the maximu m num ber  of iteration s  is 2 0   a n d  15 u nde r t he imp r oved  Particl e  S w arm  Optimizatio n   algorith m . Th e maximum  numbe r of iteration s  2 0  i s  better th an  the maximu numbe r of ite r ation s  1 5  wit h  abo ut  0.5d B, but there  i s  no  si gnifica n t increa se i n  perfo rma n ce  of  maximum nu mber  of iterations  25 to  20. The  r e a s on  is   g a i n r e du c t io n du e  to  th e   e r r o accumul a tion  with  the i n crease of  the  n u mbe r  of   iterations. At th e  sa me tim e , its p e rfo r ma nce is  clo s er to opti m al ML  (Maxi m um Li kelih o od)  dete c tor  whe n  the m a ximum num b er of ite r ation s  i s   20, but has l o we r co mputi ng co st. We  can  con c lu de  that the proposed algo rit h m can d e te ct  sign al well an d has fa ster  converg e n c e speed.   Figure 3 an d Figure 4  give the bit  error  rate pe rforma nce cu rve of the Maximum  Likeli hood  de tection alg o rit h m, Zero -Fo r cing d e tect io n algo rithm, Particle S w arm Optimizati on   detectio n  alg o rithm, Ge ne tic Algorith m  detectio n  a nd imp r oved  Particle  Swarm O p timization   detectio n  al g o rithm  ba sed  on  hybrid  u nder the  sa m e  sim u lation   para m eters i n  the m odul a tion   scheme of B PSK and 8QAM respectiv e ly.  The sim u lati on results  show that: Both  in BPSK  and 8QAM  modulation mode, the  perfo rman ce  of the improved Parti c le  Swarm  Op ti mization  ba sed on  hybrid  is si gnifican t ly  improve d  co mpared with  Zero Fo rcing  detectio n   alg o rithm, Particle Swarm det ection alg o rit h and G eneti c  Algorithm  with the sa me  numbe r of it e r ation. Thi s  i s  be ca use that the improv ed   Particle S w arm O p timization alg o rit h m ha stronge r  glo bal  sea r ch a b i lity and faster  conve r ge nce rate. In the case of the  sa me maxi mum  iteration time of 20, there is only 0.5 d differen c be tween  its  pe rforma nce a nd Maxim u m  Likeliho od  algorith m, bu t it has lo wer  comp ute co m p lexity.  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     Signal Dete ct ion Base d on  Particle Swarm  Op tim i zation for MIMO-O FDM…  (Cha oQun  Wu 3767   Figure 3. BER of Different  Detectio Algorithms  under BPSK  Figure 4. BER of Different  Detectio Algorithm s  un der 8QA M       5. Conclusio n   In this  pap er,  we  propo se  an im proved  Particl e  Swarm  Optimiza tion alg o rith m whi c h   combi n e s  Ge netic Algo rith m and Particle Swarm O p timization alg o rithm to det ect sig nal s for  MIMO-OF D M  system.  We assu me t hat the  ch annel information is   acc u rate. It is   comp re hen si ve utilization of the good global c onve r gen ce of Ge netic Algorith m  and the quick  learni ng abili ty of Particle Swarm O p timization  a l gorithm, so  that the hybrid optimi za tion   algorith m  h a s  b e tter  para llel processin g  po we and  faste r   conv erge nce tha n  the tradition al  algorith m s.  We  sim u late  and  analy z e t he al gorith m s mentio ned  i n  this pa pe and  co mpa r e  the   perfo rman ce s between  different  algo rith ms. Simul a ti o n  results  sh o w  that  the i m proved  Pa rticle   Swarm  Opti mization  algo rithm is  bette r than tradi tio nal Ge netic  Algorithm a n d  Particl e  Swarm   Optimizatio n  algorith m , its perform an ce  is close  to the ideal dete ction of Maximum Likeli ho od   algorith m . Signal-to - noi se  ratio loss i s  on ly 0.5 dB.  Beside s, the  co mplexity is rel a tively low. T h e   results  dem onstrate the  effectivene ss an d t he  appli c ability  of improve d  Particle S w arm  Optimizatio n  in sign al dete c tion for MIM O -OF D syst ems.       Ackn o w l e dg ements   This work was supp orted  by the Science and T e ch nolo g y Proje c t of Hei l ongjian g   Educatio n Departm ent (1251 1455 and Nationa Trainin g  Prog ram s  of Innovation a n d   Entreprene urship for Unde rgradu at es “S tudy on Train s  Ope r ation  Control Simulation Sys t em for  Urb an  Rail T r ansit”. T he a u thors  would   like to th a n k t h e pa per edit o r a nd the  re viewers fo r th eir  valuable  com m ents an d su gge stion s     Referen ces   [1]    Du Yue lin, Z h ang Ji ng xi an. T he performan ce of  s y nc hron izatio n alg o rith m in real-time  O F DM-PO N   sy s t e m T E LK O M NIKA Indon esia n Journ a l o f  Electrical Eng i ne erin g . 201 2; 10(7): 178 4-1 794.   [2]    Z hu Yon gho ng , F eng Q i ng, W ang Jia n h o n g . Neura l  net w o rk-bas ed a d a p tive pass i ve o u tput feed bac k   control for MIMO  uncertain s ystem.  T E LKOMNIKA Indone sian Jo urna of Electrical E ngi neer ing . 20 12 ;   10(6): 12 63- 12 72.   [3]    JingP eng  G a o ,  DanF en g Z h ao, Ch aoQ u n   W u . A Joint  S y nc hro n izati o n an d C h a n n e l Estimati o n   Algorit hm for MIMO -OF D M S y stem.  T E LK O M NIKA Indonesi an Jo urna l   of Electrical  Engi neer in g 201 3; 11(1 2 ): 7571- 757 9.   [4]    W an F ,  Z hu  W P , S w am MNS. Ch ann el  estimati on  of  pu lse-sh ap ed  multi p le- i np ut multi p le- outp u t   orthog on al freq uenc y d i visi on multipl e xi ng  s ystems.  IET Commu n icati ons 201 0; 4(17): 21 04-2 114.   [5]    Siritea nu  C, Mi ya na ga Y, B l os tein S  D,et al.  MI MO  Z e ro-F orcing  Detecti o n  Anal ys is for C o rrelat ed  an d   Estimated Ric i an F adi ng.  IEEE Transactions  on Vehic u lar Technology . 201 2; 61(7): 30 87- 309 9.  [6]    Chisa g u a n o  D J R, O k ada M.  ESPAR antenna assisted MIM O -OFDM rece iver using sub- m a trix divided  MMSE sparse- S Q RD detecti o n . 201 2 Intern ation a l S y mp o s ium on C o m m unic a tions  a nd Informati on  T e chnolog ies ( I SCIT ).  Q L D. 2012: 19 8-2 03.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 12, No. 5, May 2014:  3761 – 37 68   3768 [7]    Xi ao jun Yu an,  Li Pin g Space- time l i ne ar pre c odi ng an d iter at ive LMMSE d e tection for MIMO channe ls   w i thout CSIT . 20 11 IEEE I n ternati o n a l S y mp osi u m o n  Informatio n   T heor y  Pr oce edi ngs (ISIT ) Petersbur g. 20 11: 129 7-1 301.   [8]    Kuan gh ao Li n, Chan g RC, C h ie nli n  Hua ng,  et al.  Imple m entatio n of QR deco m p o sitio n  for MIMO- OFDM detection system s . 15th IEEE Internatio nal  Confe r ence  o n  Elect r onics, Circ u its  and S y stem s   (ICECS). Julie n. 2008: 5 7 -60.   [9]    Buzzi S, Saturnin o D. SINR-maximizi ng sp read i ng co de  alloc a tio n  for non-li ne ar seria l  interferenc e   cance llati on.  IEEE Transactions on Communications . 201 0; 58(2): 63 1-6 4 1 .   [10]    Lee  K, Joo h w a n Ch un. S y mb ol d e tectio n i n   V- BLAST  architectures u nder  chan ne l estim a tion  error s .   IEEE Transactions on Wireles s  Communic a tions . 200 7; 6(2) : 593-59 7.  [11]    W e ixin Ga o, N an T ang,  Xi an g y an g Mu.  A n   Algorit h m  for  U n it Co mmitmen t Based  on  H o pfiel d  N eura l   Netw ork . F ourth Internatio na l Confer ence  on  Natural  C o mp utation (ICN C). Ji nan. 20 08; 2 :  286-29 0.  [12]    Jian g M, Akht man J, H anzo  L. Iterative J o int  C h a nne l Estimation an Multi- User Detectio fo r   Multipl e -Ante n na Aid ed OF D M  S y stems.  IEEE Transactions on Wireless  Com m unications . 200 7; 6(8):   290 4-29 14.   [13]    Rad o savl jevic  P, Yuanb in Gu o, Caval l aro J.  Proba bil i stical l y  b oun de d soft sphere  detecti on for MIMO- OF DM receivers: algor ithm  and s y stem  architecture.   IEEE Journal on S e lect ed Areas  in  Co mmun icati o ns . 2009; 2 7 (8) :  1318-1 3 3 0 [14]    T a spinar N, Ka linl i  A, Yild ir im  M. Partial T r ansmit Seque nce s  for PAPR Re ductio n  Usi ng  Parall el T abu  Search Al gorit hm in OF DM Systems.  IEEE Comm unications Letters . 201 1; 15(9): 97 4-9 76.   [15]   Hsue hhsi en  Cha ng,  L u n g s hu  Lin, N a nmin g C hen, et al. Pa rtic l e -S w a rm-Opti m izatio n-Base d   Noni ntrusiv e  D e man d  Mon i to ring a nd  Lo ad  Identificati on  in Smart Mete rs.  IEEE Transactions  on  Industry Appl ic ations . 20 13; 4 9 (5): 222 9-2 2 3 6 [16]    F e i Li, W e i W ang.  Qua n tu m genetic  alg o ri thm b a sed s i g nal d e tectio n sche m e for M I MO-OF D system . Intern ation a l Co nfer ence o n  Com m unic a tion S ystems, Net w or ks and App lica t ions (ICCSNA ).  Hon g  Kon g . 20 10; 1: 298- 301.         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.