Int ern at i onal  Journ al of Ele ctrical  an d  Co mput er  En gin eeri ng   (IJ E C E)   Vo l.   10 ,  No.   3 June  2020,  pp. 2 997~ 3006   IS S N: 20 88 - 8708 DOI: 10 .11 591/ ijece . v10 i 3 . pp2997 - 30 06     2997       Journ al h om e page http: // ij ece.i aesc or e.c om/i nd ex .ph p/IJ ECE   Optimi zed BER  fo r c h an nel equa lizer usi ng cucko o search  and  neural n etwork       Swati  Katw al 1 ,   Vin ay Bh at i a 2   1 Depa rtment   of Electronics a nd   Com m unic at ion Engi ne eri ng   Baddi   Univ ersity   of  Emerg ing  S ci en ce and  T echnolog y ,   Ind ia   2 Depa rtment of  El e ct roni cs  and   Com m unic at ion Engi ne eri ng,   Ch andi gar h   Engi n e eri ng  Co ll eg e, I n dia       Art ic le  In f o     ABSTR A CT   Art ic le  history:   Re cei ved   A pr   16 , 201 9   Re vised  Dec  5 ,   2019   Accepte Dec  10 , 201 9     The   dig ital  d at a   tra nsfer   faces  i ss ues  reg ard ing   Inte r - S y m bol   I nte rfe r ence   (ISI);  t her efo re ,   the   err or  r at e   be comes  depe nden upon  c hannel  esti m at io n   and  it equa l izat ion.   Thi pap er  f ocuse on  the  de vel opm ent   of  m et hod  for   opti m iz ing  th c hanne da ta   to  i m prove   ISI  by   u ti lizing  sw arm  int el l ige n ce  serie al gori thm  te rm ed  as  Cuckoo  Se arc (CS).  The   ad juste dat throug h   CS   is  cro ss - val ida t ed  using  Ar ti ficia Neura Network  (AN N ).   Th data   ac c ept an ce   rate  is  conside red   with  0 - 10%  m arg ina err or  which   var ie i n     the   giv en  r ange  with  di ffe ren bit   stre ams .   Th e   per form ance  e val ua ti on  o f     t he  proposed  a l gorit hm   using  the   Avera g Bit   Err or  Rate  (A - BER)  and   Loga ri thmic  Bit   Err or  Rat (L - BER)  had  show an  over al imp rove m ent   of  30 - 50%  when co m par ed  with   the  Kalman  filter   ba sed  al gor it hm .   Ke yw or d s :   ANN   Chan nel  est im at ion   CS   Eq ualiz at ion   Co pyright   ©   202 0 Instit ute of   Ad v ance Engi ne eri ng  and  Sc ie n ce   Al l   rights re serv ed .   Corres pond in Aut h or :   Sw at i Kat wal   Dep a rtm ent o f El ect ro nics  and C omm un ic ation   En gin ee rin g   Ba dd U niv er sit y of  Em erg in g Sci ences  and  Tech no l og y,   So la n , In dia .   Em a il eng g.s wati @yah oo.c o. in       1.   INTROD U CTION   Digital   Com m un ic at io (D C )   pro vid es   di gital   data  tra ns fe r   with h ig tran sfer  rate [1 - 2]. Th a verage   powe of  the  t ran sm it te sign al   re du ces  as   the  distance  be tw een  tra ns m it te and   recei ver   s urges Th no is e   com es  in  the  f or m   of   distu rbance  a nd  I nter - Sy m bo I nter fe ren ce   ( IS I in   the  r ecei ve sig nal.  Fi gure  s how s   the  occurre nce   of   ISI  in  the  receive sign al It  is  seen  that  du to  m ultip at pro pa gation  of   the  tra ns m itted  sign al ,   the   stre ng t of  the   rec ei ved  sig nal  re du ce du e   to   the  pr es ence   of   buil dings  a nd  ano t her  obsta cl li ke   ai rp la ne  and t r ees et c.    In   this  pap e r,   t he  aut hors  ha ve   addresse th IS distor ti on and   pro po se  an  ap proac to   reduce  this  unwa nted  p he nom eno to  im pro ve  the  reli abili ty   of   the  co m m un ic at ion . Ba sic al ly there  are  two  m ai causes  of   occurri ng   I SI T hese  are  non - li near   f re quency  betwee the  channels  and   m ulti path  pro pag at io n.   Ma ny   at tem pts  hav been   m ade  by  the  researc he rs   to  reduce  the  in te rf e ren ce  e f fect.  The re  are   var io us   al gori thm s   and  filt er  pr opos e by  sc hola rs  to  c om bat  the  interfe rence   eff ect For  inst ance,  Kalm an  Fil te (KF)  is  widely   us e to  re duc the  ISI  a nd  channel  inter fer e nce  ef fects This  filt er  is  us e to  li ne arize  the  no nl i nea r   m od el [3 ] If  the  data  is  well   structu re d,   it   resu lt in  balance cha nnel   est i m at ion   w hich res ults  in   m ini m u m   er ror  rate.  Although  K an Exten de Kal m an  Fil te (EK F a re  use world wide  to  recti fy   the  cha nn el   da ta ,   it   la cks  in  a dap ti ve  filt erin [ 4].  Eq ualiz ers  are  use in  t he  ada ptive  filt ers.   Fig ure  s how s   the  use   of  e qu al iz er  betwee the  tra ns m itte an t he  rece iver.  The   data   is  trans ferre from   transm i t te to   receiver B ut,  t he  tra nsfer  dat stream   cann ot   be  kep hom og en ous  t hroug hout  [5 - 6].  For   est i m at ing   the   tim e - var yi ng  cha nn el   coef fici ents   diff e ren al gorithm are  avail able.  D ue   to  the  si m pl i ci ty  of   the  adap ti ve   al gorithm the  coe ff ic ie nts   of  the  cha nne are  est im at e us in Least   Me an  Squa r (LMS al gorithm .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om En g,   V ol.  10 , No 3 J une  2020 :   29 97  -   3006   2998   LMS  ada ptive   al gorithm   aim to  m ini m i ze  the  er r or   r el yi ng   on  t he   netw ork.  Th e   filt er  has   on e - ste pr e dictor - c orre ct or  st ru ct ur a nd m ini m iz es t he  m ean square est i m at ion  er ror  in  each  step  [7 - 9].     This  pap e c om par es  the   KF  base e qu al iz er  with   EK ba sed  for  ti m e - var yi ng   c ha nn el by  up datin it coef fici ents .By   util iz ing   KF   only   it   m a no be  the  best  so l ution   f or   the  fu t ur com plex  dem a nd of  channels  inter f eren ce noise and   r ed unda nc ie s.  The  pa per   pro po ses  th est ablishm ent  of   hybr i m e t hod  of   Sw arm   In te ll i gen ce  (CS)   a nd   m achine  le arn i ng   based   m echan ism C is  har thres hold  opti m iz at ion  te chn iq ue  a nd  hen ce  t recti f the  bit  strea m CS  is  utiliz ed  he re  [10].  ne fitness  functi on  is  des ign e d,  i m ple m ented,   and   c r os s - vali dated  us in fe ed  f orwa rd   ba ck  pr op a gatio Ne ural   Net work  ( NN ).   A rtific ia l   Neural  Net work   (AN N)   is  bein us ed  al ov e in   di gital   com m un ic a ti on   [ 11 - 12 ] Fu rt her   m ulti - m od el   per ce ptr on   m od el   w hich  is  an  exte ns io of  un i - m od el   perce ptr on   m od el   is  al so   us e to  equ al iz the  c ha nn el   respo ns [ 1 3 ] The  propose work   t ook  t he  insp irat io fro m   the  util iz at i on   of  m ulti - m od el   per ce ptr on  m od e l   and   ai m ed  to  de sign   bette m ul ti - m od el   ne twork  to  opti m iz the  channel  res pons e.  ANN  is  com bin ed  with   swar m   intel li gen ce  to  e qual iz the  cha nnel   [1 4   - 15 ].   The  li te ratu re   rev ie is  prese n te i se ct ion   2.   The  propose m od el   and   it validat io us i ng  A N are  des cribe in  Se ct ion   3.  The   eval uation  of  the  pro posed   work  m od el   and   com par is on   with  KF   al ong  with  re su l tsi al so   prese nted  in   Sect io 4.  T he  co ncl us io of   the p a pe is  pr e sented  in  Sect ion 5 .           Figure  1. Ef fec t of ISI  on the  re cei ved   sig nal       Figure  2. Use   of  eq ualiz er  t o rem ov e the  noise  level       2.   BACKG ROU ND R E VIEW   In   dig it al   com m un ic at ion   syst e m ban dwidt is  scarce  resou rce  in  the  m od e r world   The  ef fici ent  util iz at ion   of   this  res ource  is  vital   in  these  days.  T he   data  tran sfe r   rate  de pends   upon     the  util iz at ion   of   ba ndwi dth T he  stren gt of   the  si gnal   transm it ted   over  the  c hannelre duces   du to     the  pr ese nce  of  var i ous  obsta cl es  du ri ng   tra ns m issi on .Mo r eov e r,   the  si gnal   qu al it al so   dam pen to  la rg extent  due  to  the  presence  of  m any  oth er  frequ e ncies  in  th channel.  D ue   to  the  pr ese nc of   ob j ect s,  I SI   a nd   no ise   occur  w it the  input  sign al   at   the  re cei ver   en d. Ma ny  filt ers  are  us e to  re du ce   these  disturba nces .     But  nonlinea filt ers  are  ins uffici ent  to  re duce  the  le vel  of  noise T her e f or e ,   li near   filt ers  su c as  Ad a ptive   filt ers  are  in   tr end,  us ed   to  re du ce   the  le ve of   noise   inten s it y.  Equ al iz ers are  use i the se  filt ers  f or  str uctu ral  dev el op m ent.  Eq ualiz ersar us e basica ll for  cha nnel   equ al iz at io n.  It  is  pro cess  w hich  r edu c e s     the  inter fer e nc le vel  to   the  desire a m ou nt.Th e   pr ocess  of  c ha nn el   e qual iz at ion   is   car ried   out  at     the  destinat io end   w hic m od i fies  the  sig nal  qu al it an re du ces  t he  interfe ren ce  e f fect.  De ng   e qual iz es     the  noise   le vel   us i ng  the   Co m plex - Value Mi ni m al   Ra dial  Ba sis  Functi on  Ne ural   Net works  [ 1 6 ] B esi des,  researc hers  an pract it ion e rs   al so   de velo filt ers  an al gorith m to  equal iz the  no ise   le vel The  de velo pe filt er  re du c es  t he  bit  er ror  ra te   by  s uppress ing  the  m ajor  cal a m ities  li ke  ISI  a nd  wh it e   noise I a ddit ion ,   Ca nd use the   Kalm an  filt er  to  achieve  opti m u m   resu lt s.  T his  filt er  is  us e with  Re c ur si ve  le ast   square an le ast   m ean  sq ua re  wh ic reduces   the  pe rfor m ance  of  bit  error   rate   [ 1 7 ] The  ou tpu sig nal  ha ving   disturba nce  fac tors  s uch   as  noise   and   er r or   c an  be  ov e rc ome   by  us in thes filt ers.   The  c hannel  eq ualiz at io is  achieve usi ng   t hese  filt ers  bu t her e   is  one  dra wb a ck.   These   ada ptive  filt ers  in  non - li near   r edu c e     the  cha nnel   pe rfor m ance  w hich  is  m ajo dr a w bac k.   More ov e r,   a da ptive  filt ers  ge ner al ly   dim inish  in     non - li near   filt erin [ 18 ].   Re searche rs  at tem pted  to  m o dify  the  filt er  structu res  to  i m pr ov the  pe rfor m ance  of   t he  ada ptive   filt ers  in  non - li near   filt erin usi ng   A N [ 19 ] Ther e f or e,  diff e ren al gorith m s   are  dev el oped  in  the  li te r at ur e   wh ic revam ps   the  per f orm ance  of   the  c hannel  [ 20 ] .B ut  these  m od e ls  do   not  reduce  the  interf eren ce   le vel.Th e refo re   tradit ion al   m et hods   are  c om par ed  with  the  prese nt  m od el It  is  no te that  A NN   pro vid es   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om En g   IS S N: 20 88 - 8708       Op ti mize B E R for  c hannel  e qualizer  us in g cucko o searc h and ne ural net work   ( Sw ati Katw al )   2999   bette res ults  than  tra diti on a m et ho ds A NN   is  popula to  c om bat  c om plex  pro blem s.  Ar ti fici al   neural   netw orks  a re  us e to  e qu al i ze  the  le vel  of   no ise I the  channel  s uffers  the  no - n - eq ua li zi ng   pro ble m   then  equ al iz at io is  basical ly   us ed   to  in ve rse  the   filt er  resu lt s.  The  tra diti on al   m et ho ds   us the  in ver se  filt erin te chn iq ue  t c om bat  the  dist urba nces.  The   process  of  in ve rse  filt erin is   us e at   the   f ront  en of  the  r ecei ver   in  th di gital   com m un ic at ion   syst e m .   The  tradit io nal  m e t hods   us e to   c om bat  the  time - va ryi ng   dist or ti ons   and  noise In  add it io n,   t he  c har act erist ic of   t he  filt er  a r ad j us te in   su c way  th at   the  sig nal  le vel  is  m ai ntained.   T he  noise   le vel   and   IS re duces  us in a da ptive  li near   filt ers  [ 21] T he se  li near   filt er play    an   im po rtant   r ole  in   dete rm i ning  t he  c har a ct erist ic   of  th receiv er.   D ue   to  adv anc e m ent  in  te chn ology,   adv a nce li near   filt ers  were  dev el ope by  m any  scho la rs  an pra ct it ion ers.   I order   to  ac hieve,   fas t   conve rg e nce  r at e,  ANNar use t e qu al iz e   the  noise   le ve l.  ANN  im pr oves  the  perfor m ance  of   th chann el   by so l ving c om plex  prob le m s.   A  n e ural  arc hitec ture  is  d e ve lop e d usin li near fil te rin t echn i qu e s.    In   the  ca se  of  ne ur al   netw orkin g,   the  pr ob le m   of   inv e rse  filt e rin r edu ce to  great   extent .   This  filt erin t echn i qu e   can  be  us ed  at   al the  c hannels.  A   m ult il evel  chan nel  e qual iz er  reduces  t he  le vel  of     the  no ise   by  re d uci ng   th m e an  square  e rro an d non -   li ne ar  com m un ic ation   cha nnel can  be  ha ndle easi ly  us in th ne ural   net works.  The  netw ork  ou tc om es  resul t   in  fast  c onve rg e nce  ra te   and  fast  s pe ed  of     the  netw ork.   In   a dd it io n,   m ul ti le vel  per ceptr on   c om bats  non - li nea r   op ti m iz at ion   prob le m s.  M or e over,     the  pr op e rtie of  A NN  are   orga nized   in  suc a   way  t hat  optim iz ing   pr ob le m can  be   so l ved  us i ng  li near  equ al i zi ng  [ 22 ].   The   in pu a nd  outp ut  m app in a re  s or te by  usi ng  e qual iz er  at   t he  fron e nd  of  the  m ai receiver The  dev el op e e qual iz er  determ i nes  the  tim e - var yi ng  coe ff i ci ents  of   the  sign al F ur t herm or e,    the  coe ff ic ie nt are  est im at e usi ng  the  tra ining   seq ue nce s.  I the  netw orks,   t he  blind  equ al iz er   is  tr ai ned  us in the  trai ni ng   se qu e nces . These  trai ni ng  sequ e nces  are   al so   us e in  adap ti ve  filt ering.  direct  sear c al gorithm   is  i m ple m ented  us in the   ne ur al   netw ork   to  co nver ge   the  outc om e [ 23 ] Ba loc us e s     the  pe rce ptr on A N i c om bin at ion  wit the   sim ulate network  to   com bat  the  I SI. An  er ror  back prop a gatio al gorithm   is  us ed  for  pe rfor m ing   blin opti m iz at ion .Th optim iz at ion   te c hn i qu im pr ov es  the  per f orm ance  of  the  ne tw ork I a dd it io n,  th de velo pe a l gorithm   achieves  t he  desire resu lt   by  re du ci ng  the   le vel  of     the noise.   So m scho la rs   al so   use   fitne ss  f un ct io ns   f or   c onsist ent  r esults.  T he  fit ness  functi on  us in neural   netw orks  devel op   the  filt ers  us i ng   ti m e - va ryi ng   c ompone nts.  T he   new   st ru ct ured  filt e rs  have  hi gh   com pu ta ti on al   com plexity   and   high  data  s pe ed  rate.  T he  da ta   sy m bo ls  ar extracte with  fast  c onve r gen ce   rate.  T he  a dd it ion   of  w hite  G aussian   noise   and  ISI  doesn aff ect   the   sig nal  stre ng t usi ng   fitness  f unct ion .   More ov e r,   t he   sign al   is  eas il detect ed  in  t he  prese nce  of   these  inter fere nces.  T he  IS I   com po ne nt  al m os t   appr oach es  t zero   with  t he  ne wly  devel op e str uctu res  of  the  filt er.  More over ,   Katwal  al so  us es    the  A rtific ia Neural  Net work   (AN N)   for   adap ti ve  cha nn el   e qu al iz at ion   us i ng   4 - Qu ad ratu re  Am plit ud e   Modula ti on  ( QA M si gn al   in  t he  dig it al   com m un ic at i on  syst em   [2 4 ] .Th e   well - struct ur e filt ers  usi ng     the  la te st  m od el li ke  ANN  and   sim ulate netw ork  e qu al i ze  the  no nline ar  net works  [ 2 5 ] H oweve r,   c ast ing  su c netw ork  re qu i res  hi gh  ba nd wi dth   a nd   netw ork  m us be  sin gle   la ye r. The  no n - li near   m od el s   are  le ss   conve rg e to  t he  re qu i red   outp ut   [26] T he refor e an  at tem pt  has  bee m ade  to  converge  the  non - li near   m od el into  lin ear  m od el usi ng   m ini m a rad ia neural  ne tworks  [ 2 7 ].   T su da   de velo p the  i m pr oved  NLMS  al gorithm   fo channel  eq ualiz at ion .T he  non - li near   m od el are  co nv e r ged   into  li near   op ti m iz ed  m od el wh i c pro vid the  c on sist e nt  ou tc om e s   [ 2 8 ].   Th li near   m od e ls  us ed  in   the   networ k   eq ua li ze  the  no ise   le vel.     The  de velo ped  filt ers  reduc e   the  i nterf e re nc le vel  in   bot non - sta ti on a ry  an sta ti on ary  net works.  In  this   pap e r,   a e ff ic ie nt  te ch nique  is  de velo ped.  A at te m pt  has  been   m ade  to  pro po se  t he  m ulti - m od el   network  t achieve  the  de sired  re su lt T he  cha nnel   res pons is  opti m iz ed  us ing   li near   filt ering.  The  ne ural   ne twork   m et ho ds   ar com bin ed  with  so ft  com pu ti ng   based   op ti m izati on   te ch niqu e.  The  sw arm   intel li gen ce  m od el   is  com bin ed  with   ANN  to  re duc the  IS in  t he   sign al Mo re over eff ect iv and   desire res ults  are  achiev ed  by   i m ple m ent ing  the nov el  tech niq ue . A  no vel strate gy is introd uced  in  this p a per  usi ng opti m iz at ion  techni qu es .   The  ch an nels  are  eq ualiz ed  us in the  dev e lop e m od el and   al gorithm s A eff ic ie nt  m od el   is  dev el op e i this  pap e to  i m pr ov the  pe rfor m ance  of   BER An   o ptim al   chan nel  BER   is  achiev ed  us i ng   t he  f it ness   functi on.  T he   dev el oped  a lgorit hm   equ al iz es  the  no is le vel  us in li near   opti m iz at ion   te ch niq ue s .     The  eq ualiz at ion   m od el are   dev el op e f or  sta ti on ary  an non - sta ti ona ry  channels.  I ad diti on,  the   fitness  f unct io is  de sign e us in swar m   op ti m iz at ion   te chn iq ues  to  re duce  the  ISI.T he  sim ulati on   resu lt s   areprese nted  i n t his  pap e r wh i ch pr oves the  c onf or m ity of  t he  d e velo ped a ppr oac h.       3.   PROP OSE D WOR MO D EL   The  pro po se structu re  esse nt ia lly  aim to  red uce   the  B it   Error  Ra te   (B ER)  of  the   dat an it   al so  fo c us es  on al gorithm s to  eq ua li ze the cha nn el . Th is  sect ion i s d i vid e int o t wo p a rts as  fo ll ow s:       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om En g,   V ol.  10 , No 3 J une  2020 :   29 97  -   3006   3000   3.1.   CS   algorit hm  fo r   ch an nel e q ua li z at ion   CS  is  to  be  a pp li ed   ove th data  wh ic is  to  be  tra nsfer red.  T he  da t is  trans ferr ed  th r ough     a cha nn el ,  whi ch  m od el  for b oth   sta ti on a ry  and no ns ta ti onary has  b ee n p r esented  in  t he  s equ el .     3.2.   Equaliz at ion  for  s tatio na r y chan nel   Discrete - ti m filt er  with  ad diti ve  w hite  Ga ussi an  noise   ( A WGN)  an Ra l ei gh   Fa di ng  ( R F)   is  uti li zed  on e  b one , a nd the  outp ut  of  the ch a nnel   z ( n )   wi th m easur em ent n oise   v ( n ) is     z ( n ) = C T U ( n ) + v ( n )   (1)     As  sho wn   i ( 1),  c = [ c 0 , c 1 , c 2 , . . , c M 1 ] T   is  the  cha nnel   co - e ff ic ie nt su bsc r ipt  denotes  the  tra ns pose  a nd  input sig nal  ve ct or  is  giv e n b y     U ( n ) = [ u ( n ) , u ( n 1 ) , . . , u ( n M + 1 ) ] T   (2)     If   we  wan to  represe nt  this  trans ver sal   filt er  into  the  sta te   sp ace  eq uation,  then  we  c an  co ns ide r     the  tim e   delayed   input  as  sta te s.  By   con sid erin the  tim e   delay ed  input  as  sta te  var ia bles,  the  sta te   sp ace   m od el  o t he  c hannel ca n be  ob ta ine d by  [ 6 7 ].     X ( n + 1 ) = AX ( n ) + Bu ( n ) + w ( n )   (3)     z ( n ) = C T X ( n ) + v ( n )   (4)     X ( n ) = [ x ( n ) , x ( n 1 ) , x ( n M + 1 ) ] T   are   the stat va ria bles o t he  s ta te   m od el ,   w ( n)   is  t he  proces noise   and v( n) is t he m easur em ent noise. T he st at e trans fer ,  in pu and outp ut m atr ic es are       (5)     = [ 0 , 1 , 2 , . , 1 ]   (6 )     Since  at   the  receiving   e nd   th act ual  sta te  i unknown  a nd  act ua input  so   we  will   m od el   filt er  wh e re  in pu t,  a well   as  or igi nal  sta te s,  are  est i m at ed.   The  est i m a te input  and   est im ated   sta te   equ at ion a re  represe nted  as:     X n + 1 = A X n + B u n   (7)     z ̂ ( n ) = C T X ̂ ( n )   (8)     As  s how i n   ( 7)  X ̂ ( n )   is est i m at ed  sta te  an d i n ( 6)  u ̂ ( n )   is est im a te input.     3.3.   Equaliz er a  f or  non - s tatio nary ch annel   The  syst em   fo r   tim e - inv aria nt  cha nn el   w hose  c oeffici ents  are  kn own   is  con si der e first.  But  i pr act ic al   cases,   m os of   the  ch ann el   is  tim e - var yi ng.  So   to  i m ple m ent  su ch   c hannels  in  th above  schem it   i s   require to  esti m at e the ch a nnel  co ef fici ents  C =  C ̂ ( n )   us in the   LMS al gorith m , th us  (5) i s a s,     z ̂ ( n ) = C ̂ T X ̂ ( n )   (9)     This  e stim at ed  outp ut   z ̂ ( n ) is   co m par ed  with  a ct ual  ou t pu t   z ( n )   and  th est im a te sta te s   are   up dated   i n   the equat io n:     X n + 1 = X n + K [ z ( n z n ) ]   (10)     This  is  the  time  wh e the  data  is  go ing   to  be   received  by  the  receive r.   T he  eq ualiz er  play it s   part   and   CS  is  intr oduce in  the  process Figur represents  the  arch it ect ur of   the  eq ualiz er  wh e re  CS  is  to  be  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om En g   IS S N: 20 88 - 8708       Op ti mize B E R for  c hannel  e qualizer  us in g cucko o searc h and ne ural net work   ( Sw ati Katw al )   3001   app li ed .   w k   and   v k   re pr es e nt  the  proces noise   and   m easur e m ent  no ise I the  diff e re nce  eq uatio n,     the  non - li nea functi on  relat es  the  sta te   at   the  pr e vious   ti m ste k 1   to  th e   sta te   at   the   cu rr e nt  ti m ste p k   In the m easur e m ent eq uati on s , th non - li nea r  fun ct io n rela t es the s ta te  t th e m easur e m ent z k .           Figure  3. Str uc ture of  the  e qu al iz er       If   the  value  of   tw ra ndom   var ia bles  is  no kn own,   then  we  can  appr ox im at t he  sta te   an m easur em ent vec tor  as:     x k = f k 1 , u k   (11)     U ti li zi ng EK F     z k = h ( x k , v k )   (12)     As   sho wn  in   ( 12),  x k   is  a   post erior i   est im a te  of   the   sta te The   ne w   go ve rn i ng  e qu at io ns  that   li near iz e   an   est i m at e abo ut  (10) an d ( 11)  a re as f ollow i ng:     x k ~ =   f ( x k 1 , u k , 0 )   (13)     z k ~ = h ( x k , 0 )   (14)     wh e re  x k   and   z k   t he  act ual  sta te   and   m easurem ent  vector s , x k ~ an z k ~ are  the  appr ox im at s ta te   and  m easur em ent  vecto rs,   x k ~ is  an  apost erio ri  est im at of   the  sta te   at   ste pK A,W, H,   ar th m a trix  of  pa rtia der i vatives  of  x,w, x,v. N ow the  pr e dicti on a nd m easur em e nt erro rs  a re:       x k ~ x k ~ + A ( x k 1 x k ~ 1 ) + W W k 1   (15)     z k ~ z k ~ + H ( x k 1 x k ~ ) + V V k   (16)     w he re   k   an n k   are   in dep e nde nt  r andom   var ia bles  hav i ng  ze ro  m ean.  T he   dat pa sses   th rou gh  the   e qual iz e r   and   gets  into  t he  cha nnel Th syst e m   m ai n ly   op erates  in  decisi on  di rect ed  m od wh e act ual  transm i ssio and  recei ving  i nfor m at ion   ta ke place.   I the   decisi on  direct ed  m od the   outp ut  of  CS   is  us e as  i nput  f or   an the  aptive  filt er.  We  are   al re ady  us i ng   ( )   an ̂ ( ) as  input  f or   trai ning  an de ci sion   directe m od t adap ti ve   filt er   at   receivi ng   end.T he  sim i l ar  in pu ca be   pro vid e to   KF   i.e in   de ci sion   directed   m ode    wh e reas  in  tra ining   m od [ 20] .Th data  m us sat isfy  the   dem and of   CS  to  get  thr ough.  T he  str uc ture  is     as foll ows.     Algori th m  1:  Ap pli ca tio of C S   Inp ut : Bi t Stre a m (BS)      Ou t put:  Optim al  Bi t  Stream     Total _E gg_S l ot s=4;   Divid e   the   B into   E gg_s l ot  Tim Segm ents.  //   Di vi din the   bit   stream   into  fr am es  to  pr oc ess  / /     the d at sm oo thly   eggspe rslot=( durati on)/T otal_ Eg g_Slots;   init ia lc ou nter= 1; //  Tak i ng  a c ounter  to kee p op ti m al   //  eg gs o nly    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om En g,   V ol.  10 , No 3 J une  2020 :   29 97  -   3006   3002   finalco unte r=e gg s pe rslot    foreach  egg i n Total _E gg_S l ot s   Eg gcou nter=in it ia lc ou nter:fi na lc ounter  //  T he      The// enc ounter  w il l st art f ro m  1  a nd  will  g o t o 4   Eg gs insl ot=B S( Eg gc ounte r );//  Ex tract i ng d at a from  Bi t   // Strea m   Total Eg gs =B S ;   Fit value=Cuc kooFi tness (Egg sinslot);/ / Passi ng the  data t t he fit ness funct ion   of Cuc koo  Searc   En F or    En d Alg or it hm     CS is a hard thresh old  al gorithm . Th e entire  bitst ream  r eceiv ed  is  div i ded   into fo ur  e gg slots. T he  e gg   va lue i s   passe d   t the   f it ness  f unct ion  of  t he  CS   w he t he  c ucko is  out.  T he   fitness  f un ct io of  the   CS  is   de fin e d   as foll ows.   Let   Nc  be  a   natur al   c hange  in  the  st r uctu re  of  the   eg gs   w hen   the  cuc koo  bi rd   is  out.   The  ef fecti ve ne ss  of  the  data  is  evaluated   in   co ntrast  t the  oth e da ta   ‘D e ’  w hic is  prese nt  in  that   env i ronm ent. H ence  the C uc koo Searc h Al gorithm  u ti li ze s both  the  Nc  a nd D e  in  it fitness  functi on:     De = ( d ) / n n k = 0   (17)     w he re   is t he data  in  t he bit stream , n  is the  total  num ber  of  bits in t he  ti m e  stream     if   D N C < D e N c   (18)     Othe rw ise I t he  c urren data   el e m ent  ste ps   in  with  t he  Nc  a nd   sti ll   is  sm a ll er  than  th overall   ot her  data   pr ese nt  in  the  s yst e m then  th cucko will   keep   t his  eg e lse   the  eg wil be  dum ped   th at   m eans  the  da ta   bit   will   be  forw a r ded  el se  the   da ta   bit  will   be   dum ped T his   arc hitec ture  f ram is  fu rthe cr os s - va li dated  by   ANN,   t prove   that  the  fit nes functi on  of   t he  CS  is  s uffic ie nt  in  this  c on trast A N is  a   three - la ye str uctu re   nam ely input,  hidden  and a n ou t pu t l ay er     3.4.   Cro s s - va li d at i on   using   ANN   The  in put  la ye of  the  Neural   netw ork  inta ke the  ra dat at   the  fron t ANN  do es  not  unde rstan wh at   it   is  pr ov i ded   to  it   if  it  is   no conve rted  into  su btype  wh ic is  underst ood  by  it arch it ect ur an hen ce   it   util iz es   the  sigm oid   functi on   a nd  weig ht  conve rted  t gen e rate  inter m ediat la ye data  of  it pro cessi ng.   This  pap e c onside rs  s uper vi sed  m achine  le arn in for  it proce ssin g.   The  a rch it ect ure  ta kes   the  e ntire  op ti m iz ed  bit  patte rn   as  i nput  with  a dd it iv la bel  seri es  sta rting   from   to  w he re  is  total   nu m ber   of     the  bit  se qu e nc e.  He nce  if   the   bitst ream   is  Fi gure  4( a the it la bel  would  be  Fi gure  4(b ) .   BSU   is  opti m iz ed   bit  strea m   and   is  ta rg et   la bel.N e ural   Network   is  util iz ed  in  su c m ann e that  every   bits trea m   is  trai ne us in Leve nbe rg   arc hitec ture  of   A N N.   Ta ble  represents  t he  sim ulatio arch it ect ure  of   ANN.   total   of   50 epo c hs   is  pro vid e f or  eve ry  sim ulatio of   A NN.  Al gorithm   ex p l ai ns   the  w ork ing   of  the  A NN   i n   the pr opos e st ru ct ur e.           (a)       ( b)     Figure   4   (a). In pu t l ay er  d at a ,   (b).   I nput lay er  label       Table  1.   Ne ur a structu re   Total Nu m b e o f  Neuron s   10 - 30   Architectu re  T y p e   Feed  Forwa rd Bac k  Pr o p ag atio n   Perf o r m an ce  Meas u re   Mean Sq u are Er ror   Feed in g  Par a m e ter s   Gradien t,  Ti m e Ite ration s     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om En g   IS S N: 20 88 - 8708       Op ti mize B E R for  c hannel  e qualizer  us in g cucko o searc h and ne ural net work   ( Sw ati Katw al )   3003   Algori th m  2:  WorkF low  of   ANN   1.   Net=Trai n_Neural(BS U, L   ,10 - 30); //  Init ia te Trai ning   Me chan ism  f or optim iz ed  Bi t / /   //  Stream (BSU wit it s corre sp on ding la bel  L.   //  Th e trai ned s tructu re   is sa ve in  a str uctu re  n am e   // “net”   2.   Net.trai np a r a m .ep oc hs = 500//   500 t raini ng it erati ons   3.   If sat isfie d( Gr a dient)   // I f t he  G ra dient is  sat isfie d,  t hen  stop fee ding in  the  forw a r d direct ion   4.   Ba c kT rack() ; / / B ackTr ac k and Fin m os su it able MSE   5.   En d If   6.   Fin M os t S uitable  I te rati on  base d on MS E;   7.   Sim ulate (BS U, Net); //  Sim ulate  BSU  w it st or e str uct ur e   En d Alg or it hm     Algorithm   is  co m bin at ion   of  Feed F orward  an Ba ck   Prop a ga ti on   Algorit hm   in  wh ic h   the  Feedin in  forw a r ding  dir ect ion   ta kes  pl ace  un ti ei ther  the  pr opa gatio it erati on   bec om es  equ al   to  total   n um ber  of pr ovide it erati on   or  the  gr a dient  of  the  ANN  is  no t sat isfie d. T his p r ocess  is f ollow e d by the Bac Pr opa gatio m et hod  whose  s at isfyi ng   par a m et er  is  MSE.  The  sim ulator  r olls  bac to   fin the  le ast   MS E   base on  the  unde rstan ding  of  the  gra dient.  O nce  t he  A N N   is  trai ned eac opti m iz ed  BSU  is  cl assifi e with  the  trai ne str uc ture.   If   t he  re su lt   la bel  of  th at   BSU  is  not  equ al   to   the  La bel  set   the the  m ai bit  value  of   that  optim iz ed  bit  va lue  is o pt i m iz ed  again.  Figure 5   a nd  F igure  6   re pr ese nts  th trai ning   arch it ect ure of  ANN   and Bac kpr opa gation.               Figure  5. Trai ni ng   m od el   of ANN     Figure  6. Ba ck   pro pa gation       As  s how i Fi gure 6 ,   the n et work b ack   pro pag at es   in  t he  netw ork.  A N N   co ns ide rs  s ome   data  as   te st   data  out  of  th pro vid e tra ining   data  e ve at   the  trai nin phase.  T an sig  is  the  trai ning  f unct ion   wh ic gen e rates  the  weig ht  W   of   th trai nin data  co ns ide rin and   as  ar bi trary  const ants.   In   si m il ar  fa sh io n,   pureli functi on  is  util iz ed  at   the  sim ulati o f unct ion.  T he   ANN  util iz es   sig m oid   trai ning  f unct ion  to  trai n   the d at an al so  t create   a c ro ss - validat ion data  for  te sti ng. Ne ur al  a rch i te ct ur e is s how in  Fig ure  7.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om En g,   V ol.  10 , No 3 J une  2020 :   29 97  -   3006   3004       Figure  7.  Ne ural   arch it ect ure       4.   RESU LT S   A ND  DI SCUS S ION   Fo ll owin g para m et ers  are a naly zed b a sed  on t he  pr opos e d w ork.     4.1.   A - BER   It  is  the  ave ra ge  bit  er ror  ra te   of   the  netw ork  w hic is  gen e rated  a fter   10000  sim ulati on   r ounds .     Each  sim ulatio rou nd   ge ne rates  bit  error   rate  valu wh ic is  store in  the  s i m ulati on   arr a and    com par ison   of   pr opos e w ork  an Kal m a filt er  resu lt are  her e by  co m par ed.   A - BE is  no te after  ever y   10000 si m ulatio n r ound.  Aver age Bit  Erro R at ecan be cal cu la te as foll ow s:     A BER = BER n 10000 k = 0 n   (19)     Figure  pr e se nts  the  A - BER   for  Propose work   m od el   ev al uated  agai ns t   Kalm an  Fil te Mod el . I is  observ e that  our   pr opose m od el   de m on strat ed  le s ser  a ver a ge  bit  erro r at as  c om par ed  t the   Kalm an  Fil te Mo del   wh e sim ul at ed ov e r 1 0000 s i m ulati on s.           Figure  8. A - B ER vs  total  nu m ber  o f si m ula ti on s       4.2.   L - BER   It  is  the  log ari thm   scal of   the  A - BER   bu t   it   is  ta ken   ag ai the  SN va lue  of   the   c om m un ic at ion   channel.  Fig ure 9   s how s the  c om par ison o f L - BER  a nd S N R. Th e  sim ul ation   grap s ho ws  that  L - BER  p lott ed   against  the  sig nal  to  noise   rati al so   s howe the  effe ct iven ess  of  our  pro pose desi gn.  T he  res ults  sho that   pro po se hybr id  is  m or eff ect ive  in  im pro ving  the  I SI   as  c om par ed  to  th Ka l m an  Fil te Mod el .   In   bo t cases,   the  pro posed  s ol ution   ha sho wn   im pr ovem e nt  by  m arg in   of   30 - 50%.  T he  m axi m u m   A - BER   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om En g   IS S N: 20 88 - 8708       Op ti mize B E R for  c hannel  e qualizer  us in g cucko o searc h and ne ural net work   ( Sw ati Katw al )   3005   for  the   pr opose s olu ti on  is  no te to   be   0. 003999  w her e as  it   is  0.0 09899  f or  Kalm an  Fil te r.   T he  propos e m od el   al so   evaluated  MSE  at   each  trai ning  inter val  and  the  resu lt ar dep ic te in  Figure  10.  T he   gr a ph  sh ows  that  r oo m ean  sq uar changes  with  each  sim ulatio an the  grap com par es  th ob se rv e er r or   f or   the 10  sim ulati on s             Figure  9. L - BE R vs SNR     Figure  10. T rai ning MSE       5.   CONCL US I O N   This  pap e pr e sents  a en ha nc e m ent  of   t he  filt ering   te c hn i qu e   util iz ing   t he  CS  a nd  A NN.  A   ne w   fitness  f un ct io is  desig ned   i the  CS  an ANN  has  act e li ke  cro ss  va li dator   to  the  C S.  In   order   t va li date   the  propose a lgorit hm bo th   the  tr ai ning  t echn i qu e li ke   Feed   F orwa rd  an Ba c Pro pag at io ha ve  be e i m ple m ented.   MSE  is  consi der e as  the  par am et er  of   cro ss - validat io w herea the   propose work   i s   com par ed  with  the  Kalm an  Fil te an is   evaluate on  the  ba se  of   A - BER   a nd  L - BER An  e nh a nce   i m pr ovem ent  i ISI  ra ngin from   30 to   50%  has  been  achieve w he the  data  have  been   sim ulatio on   10000 si m ulatio ns.       REFERE NCE S   [1]   P.  S.  Henr y et   al. ,   Tra nsm ission  devi ce   with  cha nne equa l iza ti on  and  cont rol   and  m et hods  fo use  the rewit h,   Unite S tat es  Pa te nt   Application ,   no.   9,   pp.   670 - 68 0,   2017 .   [2]   R.   Marti nek ,   e al. ,   Adapti v o pti m iz ation  of  c ontrol   par ame te r for  fee d - forwa rd  software   def i ned  equa l izati on ,   Wirel ess P ersonal  Comm unic at i ons ,   vol. 95, no.  4,   pp .   4001 - 401 1,   Aug .   2017.   [3]   G.   Das,  et  al. ,   Artifi cial   ne ura n et work  tr ai ned   b y   p a rtic le   sw arm  opt i m iz at ion   for  n on - li ne ar  cha nn el   equa l iz a ti on , ”  E xpe rt S yste ms   wi th  App li ca ti ons ,   vol.   41 ,   no .   7 ,   pp .   3491 - 3496 ,   Jun .   2014 .   [4]   S.  Bal o ch,  et  al . ,   Chann el  Equ al i za t ion  Us ing  Multi lay e Per c ept ron  Ne tworks,”   M ehran  Uni ve rs it y   Re s earc h   Journal  o f   Engi n ee ring a nd   Tech nology ,   vol .   31 ,   no.   3 ,   Jul.   2012   [5]   X.  Yang  and   Suash  Deb,   "Cuc koo  Sear ch  v ia  v y   fl ight s,"  2 009  World  Con gress   on  Nature  &   Bi ologi cal l y   Inspired  Comput ing  ( NaBIC) ,   Coim bat ore ,   pp.   21 0 - 214,   2009 .   [6]   K.  M.  S.  Huq,  e al. ,   Channel  Equa liza ti on  in  Digit al  Tra nsm i ss ion, ”  Int ernational  Journal  of   Computer  Sci en ce   and  Information Sec urit ( IJCSI S ) ,   US A,  vol.   4 ,   n o.   1&2 ,   Aug .   20 09.   [7]   M.   Ene scu,   et   a l. ,   Adapti v Eq ual i za t ion  of  Tim e - Var y ing  MI MO   cha nnel s,”   Signal   Proce ss i ng ,   vol.   85 ,   no.   1,     pp.   8 1 - 93 ,   Jan 2 005.   [8]   R. A.   Bouje m aa  and  S.   Marc o s,  Para ll el   Ka l m an  Filt eri ng  f or  Optimal  S y m bol - By - S y m bo Esti m at ion  in    an  Equ al i zation Conte xt ,   S ignal P roce ss ing ,   E lsevi er ,   vo l .   85,   no .   6 ,   pp .   1125 - 11 38,   Jun.   2005.   [9]   F.Orderud,   Com par ison  of  K al m an  Filt er  Es ti m at ion  Appro ac hes  for  State   Space   Models   with  Nonline a Mea surem ent s,”   In  Proceedi ng   of   Scandi na vi an   Confe renc on   Si mulati on  and   M odel ing ,   pp .   1 - 8 ,   2005.   [10]   J.W .   Mark,   Note  on  the   Mo difi ed   KalmanFi lt er   for  ch annel  Equa liza ti on , ”  in   Proceedi ngs  of   the   I E EE ,   vo l.   6 1,   no.   4 ,   pp .   481 - 4 82,   Apr.   1973.   [11]   H.  N.  Kim   and  W .   J.  Song,  An  Adapti v IIR  E qual i ze for   Non - Minim um - Phas ch anne l , ”  ICS '98.  1998   Fou rth  Inte rnational   Co nfe renc on   Sign al  Proc essing  ( Cat.   No . 98TH 8344) ,   Bei ji ng ,   Ch in a,   vo l. 1, pp. 441 - 444,   19 98 .   [12]   J. C.   Patra   and   R. N.   Pal,   func ti ona li n art ificial  neu ral   net work  for   ada pti v cha n nel   equalizat ion ,   Signal   Proce ss in g ,   vol .   43 ,   no .   2 ,   pp.   181 - 195 ,   Ma y   1995.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om En g,   V ol.  10 , No 3 J une  2020 :   29 97  -   3006   3006   [13]   T.   Shim amura,   et   al. ,   Equa l izati on  of  Ti m e - Vari ant   Com m unic a ti on   Channel  via   Chann el   Es ti m at ion  Base d   Approac hes,   1996  IEE Int ernati onal  Conf ere nce   on  A coust ic s,  Spe ec h,   an Signal   Proces sing  Confe renc e   Proce ed ings ,   At l ant a ,   GA ,   US A,  vol.   3 ,   pp .   1703 - 1706,   1996 .   [14]   P.  Grohan  and  S.  Marc os,  Struct ure and  Per form anc es  of  Sever a Adapti v e   Kalman  Equa l i ze rs,”  1996  IEEE   Digit al  S ignal P roce ss ing  Workshop P roce edi ngs ,   Lo en, Norwa y ,   pp.   454 - 457 , 199 6.   [15]   S.  Mcla ughli n ,   Adapti ve  Equalizat ion  vi Kal m an  Filt eri ng  T ec hniqu es,   in  I EE Pro ce ed in gs  -   R adar  and   Signal   Proce ss in g ,   vol .   138 ,   no .   4 ,   pp .   388 - 396 ,   A ug.   1991 .   [16]   Deng  J.,   et   al. ,   Comm unic at io Channe Equalizat ion  Us ing  Com ple x - Valued  Minim al   Radi al   Basis  Functi o Neura N et work s,”   in   IE EE Tr ansacti ons on  N eural  Ne tworks ,   vo l .   13 ,   no .   3 ,   pp .   6 87 - 696,   Ma y   20 02.   [17]   J.V.  Cand y ,   Model - base d   signa l proce ss ing ,   Joh Wiley   &   Sons ,   vol.   36 ,   Oc t .   200 5.   [18]   S.  O.  Ha y k in, “A dapt ive Filter Theor y , ”  Pren ti c Hal l, E ag le wood Cl iffs,   NJ,   2 nd   Ed.,  1991 .   [19]   G.R.   Patra,  et   a l. ,   Non  li n ea cha nne equ al i z at ion  for  d igi t al   comm unic at ion   using  DE  tra in ed  func t iona link  art if ic i al ne ura l net works ,   Inte r nati onal  Con f .   o Conte mpor ary   Computing, Heidelbe rg,   vol .   2 ,   pp.   403 - 14 ,   201 1.   [20]   P.  S.  R .   Den iz ,   Adapti ve   Filt ering a nd  Pra ctical Im ple m ent at ion ,   Springer ,   Jan .   2008.   [21]   S.  McL aughl in ,   et   al . ,   Perform anc Stud y   of  Thre e   Adapt iv  Equa lizer   envi ron m ent , ”  IEEE  Int ernati onal  Conf .   on  Comm unic ations ,   World  Prosperity Thr ough  Comm unic ati ons ,   Boston,   MA ,   U SA ,   vol. 1, pp. 1 93 - 197,   1989 .   [22]   K.  Burse,   R. N .   Yada v,   S.C.   Shr iva stav a,   Chan nel   Equalizat ion   using  neur al   ne twork, ”i IE EE   Tr ansacti ons  on   Syste ms ,   Man ,   a nd  Cybe rne ti cs ,   Part  ( Appl i cations and  R evie w s) ,   vol.   40 ,   no .   3 ,   pp.   352 - 357,   Ma y   2010.   [23]   S.  Panda,   P.  K.  Mohapa tra,  new  tra ini ng  sch eme  for  neur al   net works   and  ap pli c at ion  in  No n - Li ne ar  Channel   Equa liza ti on , ”  A ppli ed   Softcomputing ,   vol. 27 ,   p p.   47 52 ,   Feb 2 015.   [24]   S.   Katwa et   al . ,   Non  Li nea Channe Equ al i z at ion  Us ing  Artifi cial  Neura Network, ”  RI EE C E ,   vol.   3,   no .   1,     pp.   333 - 334 ,   20 16.   [25]   J. C.   Patr a,  e al . ,   Nonline ar   Cha nnel   Equ aliz at io with  QA Sig nal   Us ing  Ch eb yshev  Artificial  N eur al  Network,”   Proc .   2005   IE E Int ernati onal   Joi nt   Confe ren c on  N eural  N etwor ks ,   Montre al ,   Que.,  vol .   5 ,   pp .   3214 - 3219,   200 5.   [26]   W . D.  W eng,   et   a l ,   The   Design  o an  SC FN N Ba s ed  Nonlinear  Ch anne l Equa l ize r,”  Journal  of  In fo rm ati on  Sci en ce  and  Engi n ee ring , v ol .   21 ,   no .   4 ,   p p.   695 - 709 ,   Jul .   2005.     [27]   C.   P.  Kum ar,   et  al. ,   Nonlinear  cha nne equaliza ti on  using  m ini m al   rad ial  basis  func ti on  n eur al   net works , ”  Pro c .   Inst.   E lect. E ng .   Vi sion I mage   Si gnal  Proc essing vol. 147, pp. 42 8 - 435,   2000 .   [28]   Y.  Tsuda ,   et   al. ,   "A improved  N LMS a lgori thm for  cha nnel   equ alization, 2002  IEE Int ernati on al  Symposium o Circui ts and   Sys te ms .   Proc ee d in gs ( Cat.   No. 02C H37353) ,   Phoenix - Scott sdal e, A Z,   US A,  pp .   V - V,  2002.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.