I n d on e s ian   Jou r n al   o f   E lec t r ica l   E n gin e e r in g  a n d   Com p u t e r   S c ience   Vo l .   3 7 ,   N o .   1 ,  J a n ua r y   20 2 5 ,   pp.   1 54 ~ 1 63   I S S N:  2 502 - 4 7 52 ,   DO I :  10 . 11591/i j e e cs .v 3 7 . i 1 . pp 1 54 - 1 63             154     Jou r n al  h o m e page :  ht tp: // ij e e cs . iaes c or e . c om   P ar t ic le  s w ar m  op t i m iz at io n  f or  b e am f or m i n g d e si g n   in  a c ogn itiv e  r ad io       M os s aab   At z e m ou r t 1 ,  Youn e s   C h ih a b 2 ,  Om ar   B e n c h ar e f 3 ,   Z ak a r ia  H ac h k a r 1   1 D e pa r tm e nt   of  P h y s ic s , P o l y di s c ip li na r y   F a c ul t y   of   S a f i,  C a di  A y y a d U ni v e r s it y , S a f i,  M o r oc c o   2 L a b o r a t o r y   of  C o mput e r   S c ie n c e s  r e s e a r c h ( L a R I ) ,   F a c ul t y   of   S c i e n c e s , I bn  T of a il  U ni ve r s it y ,  K e ni tr a , M or o c c o   3 L a b o r a t o r y   of  C o mput e r  a nd S y s t e m E ng in e e r in g   ( L 2 I S ) , F a c u lt y   of  S c ie n c e  a nd  T e c hn o l o g y ,  C a di  A y y a d U ni ve r s it y ,    M a r r a ke s h, M o r oc c o       Ar t ic l e   I n f o     AB S T RA CT   A r ti c le  h is tor y :   R e c e i ve d  J ul   18 ,   202 4   R e vi s e d  S e p   13 ,  202 4   A c c e pt e d  S e p   29 ,   202 4       Be a m fo r mi n g   i s   e s s en t i al   f o r  i m p ro v i n g   t ran s mi s s i o n   i n   w i r el e s s   s en s o r   n e t w o rk s   ( W SN s ) ,   p art i c u l arl y   i n   co g n i t i v e   ra d i o   n e t w o rk s   (CR N s )   w i t h   s e v e ral   s eco n d ar y   u s e rs   (SU )   e q u i p p e d   w i t h   t ra n s mi t t i n g   a n t en n as .   O p t i m i zi n g   b e a m f o r m i n g   w h i l e   mi n i m i z i n g   i n t e rf e r en ce   w i t h   p ri m ar y   u s e rs   (PU )  i s   o f   g r e at   i n t e r e s t .   T h i s   s t u d y   p ro p o s e s   a n   i m p ro v e d   p art i c l e  s w ar m  o p t i mi zat i o n   (PSO )   al g o ri t h m   t o   en h an ce   b e a m fo r mi n g   p e rfo r m a n ce .   T h i s   ap p ro ac h   a i m s   t o   m ax i mi z e   t h e   p o w e r   o f  t h e   b e a m  d i r ec t e d   t o   t h e   SU   rece i v e r  w h i l e   c o n t ro l l i n g   i n t e rf e r e n ce   i n   t h e   PU   p r o t ec t i o n   r e g i o n .   T h e  re s u l t s   s h o w   t h at   t h i s   al g o r i t h m   co n s t an t l y   i m p ro v e s   b eam   f o c u s   a n d   s i g n al - to - n o i s e   rat i o   t o   e ff ec t i v el y   o p t i mi z e   b e a m fo r mi n g .   Fi rs t l y ,   b e a m   fo c u s i n g   b e co me s   n arr o w e r  as   t h e   n u m b e r   o f  a n t en n a  el eme n t s   i n c r e as e s ,   g en e rat i n g   o p t i m al   t ran s m i s s i o n   co n d i t i o n s .   S ec o n d l y ,   t h e  al g o ri t h m  a ch i ev e s   a   c o n s i d e rab l e  i m p r o v eme n t   i n   s i g n al - to - n o i s e  rat i o   as   t h e   n u m b e r  o f  a n t en n a   e l emen t s   i n c r e as e s .   F u rt h e r m o r e,   o p t i mi zat i o n   p e rfo r m a n ce  i m p ro v e s   as   t h e   n u m b e r   o f  a n t en n a   e l emen t s   i n c r e as e s ,   as   s h o w n   b y   t h e   b e s t   fi t n e s s   v a l u e s .   T h e   s i mu l at i o n s   al s o   i l l u s t rat e   t h e  p e rf o r m an ce   o f  t h e   p r o p o s e d   me t h o d .   K e y w o r d s :   An t e nn a   a r r a y   B e a m f o r mi ng   C o gni t i v e   r a d i o   n e t wo r k   P a r t i c l e   s wa r m   o pt i mi z a t i o n   S I NR   W i r e l e s s   s e ns o r   n e t w o r ks   Th i s   i s   a n   o p en   a c ces s   a r t i c l e  u n d e r   t h e  CC  BY - SA   l i cen s e.     C or r e s pon din g  A u th or :   M o s s a a b   A t z e m o ur t   De pa r t m e n t   o f   P hy s i c s ,   P o l y d i s c i p l i na r y   F a c u l t y   o f   S a f i ,   C a d i   Ayy a d  U ni ve r s i t y   46000  S a f i ,   M o r o c c o   E m a i l :  m o s s a t z e 1992@ g m a il . c o m       1.   I NT RODU C T I ON   B y   t h e   e n d  o f   2025,   i t   i s   e s t i m a t e d  t h a t   wi r e l e s s   c o mm u ni c a t i o n s   w il l   s e r v e   n e a r l y   75  bil li o n   m o bil e   de vi c e s ,   a n d  e a c h   pe r s o n   w i ll   b e   s ur r o un de d  by   mo r e   t h a n   ni ne   de vi c e s   o n   a v e r a ge   [ 1] ,   l e a d i ng  t o   t h e   s c a r c i t y   o f   t h e   s pe c t r um .   M o r e o v e r ,   m o s t   o f   t h e   s pe c t r um   f o r   w i r e l e s s   c o m m u ni c a t i o n s   i s   l i c e n s e d,   a n d  s o m e   o f   t h e   unli c e ns e d  s pe c t r um   i s   f il l i ng  up  f a s t .   A c c or d i n g  to  f e de r a l   c o m m u ni c a t i o ns   c o m mi s s i o n   ( F C C )   m e a s ur e m e n t s   [ 2] ,   m o s t   l i c e n s e d  f r e qu e n c i e s   a r e   un de r ut i l i z e d.   C o gni t i v e   r a d i o   n e t wo r ks   ( C R Ns )   a r e   e m e r g i n g  a s   a   s o l ut i o n   to  i n c r e a s e   s pe c t r u m   ut i li z a t i o n   by  us i n g  u n us e d  o r   l e s s - us e d   s pe c t r u m   i n   r a d i o   e nvi r o nm e n t s .   T h e   b a s i c   i de a   i s   t o  a l l o w  unli c e n s e d  us e r s ,   us ua l ly   c a ll e d  s e c o n da r y   u s e r s   ( S Us ) ,   a c c e s s   t o  l ice ns e d  s pe c t r u m   u n de r   t h e   c o n d i t i o n   t h a t   t h e   i n t e r f e r e nc e   pe r c e i v e d  by   t h e   li c e ns e d  us e r s ,   us ua ll y   c a ll e d  p r i m a r y   u s e r s   ( P Us ) ,   i s   b a s e d   o n   t h r e e   s c e n a r i o s :  o v e r l a y ,   i n t e r we a v e   a n d  u n d e r l a y   [ 3] - [ 7] .   I n   t h e   f i r s t   a ppr o a c h ,   S Us   c o o pe r a t e s   w i t h   P Us   by   r e l a yi ng  da t a   f r o m   P Us   t o  e n a bl e   t h e m   t o   t r a n s m i t   t h e i r   d a t a .   I n   t h e   s e c o n d  m e t h o d,   t h e   S Us   s e n d  t he i r   da t a   i n t o   t h e   s pe c t r a l   h o l e s   o f   t he   P Us .   S Us   m u s t   t h e r e f o r e   de t e c t   f r e e   c h a nn e l s   by   a pp l yi ng  s p e c t r um   de t e c t i o n   a l go r i t hm s .   I n   t h e   l a s t   m o de ,   S Us   c o e xi s t   wi t h   P Us   w i t h   t h e   l im i t e d  i n t e r f e r e n c e   i n duc e d  f r o m   S U  t r a n s mi t t e r s   to  P U   r e c e i v e r s .   T o  pr e s e r v e   qua li t y   o f   s e r vi c e   ( QoS)   i n   C R N,   S U  s h o u l d  n o t   i n t e r f e r e   w i t h   t h e   c o m m u ni c a t i o n s   o f   P U   [ 8] .  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n do n e s i a n   J   E l e c   E n g  &   C o m p  S c i     I S S N:   2 5 0 2 - 4 7 52       P ar ti c le  s w a r m  opti miz ati on  f or   be am f or ming  de s ign  in  a   c ognit ive   r adio   ( M os s aab  A tz e mour t )   155   B e a m f o r mi ng  i s   a n   i m po r t a n t  pa r t  o f   n e t wo r k  s i g na l   pr o c e s s i ng  a n d  i s   w i d e ly   us e d  i n   w i r e l e s s   c o m m u ni c a t i o n s ,   m i c r o ph o n e   a r r a y   s i g na l ,   a n d  r a da r   s y s t e m s   [ 9] - [ 11 ] .   I n   a n   a n t e nn a   a r r a y ,   m u l t i p l e   a n t e nn a s   ( c a l l e d  e le m e n t s )   a r e   c o n ne c t e d  to ge t h e r   a n d  a r r a n g e d  i n  v a r i o us   ge o m e t r i c   pa t t e r n s ,   s uc h   a s   l i ne a r ,   pl a na r ,   o r   c i r c u l a r   c o nf i gur a t i o n s   [ 12] .   T h e   ke y   i de a   b e hi nd   b e a mf o r m i ng  i s   t o  c o m bi ne   t h e   r a d i o   f r e que n c y   ( R F )   wa v e s   e m i t t e d  by   e a c h   e l e m e n t   i n   a   c o ns t r uc t i v e   o r   de s t r uc t i v e   f o r m .   B y   a d j us t i n g  t h e   ph a s e   a n d   a m p li t ude   o f   t h e   s i g n a l s   t r a n s m i t t e d  to  e a c h  e l e m e n t ,   b e a mf o r m i ng  im pr o v e s   t h e   r a d i a t e d  po we r   i n   t h e   de s i r e d  d i r e c t i o n   w hil e   mi n im i z i ng  i t   i n   o t h e r   d i r e c t i o n s .   T hi s   a ll o ws   f o r   m o r e   e f f i c i e n t   c o m m u ni c a t i o n   a nd  b e t t e r   s i g n a l   r e c e pt i o n ,  a s   s h o wn   i n   F i gur e   1 .   F o r   m o r e   de t a i l s   o n   t h e s e   s e n s o r s ,   we   r e f e r   t h e   i n t e r e s t e d  r e a de r   to   a   pa r t  o f   t h e   l i t e r a t ur e   wh e r e   t h e   de t e c t i o n   t a ke s   p l a c e   by   be a m f o r mi ng  t e c hn o l o g y   [ 13] ,   [ 14] .           F i gur e   1 .   T h e   b e a m f o r mi ng  s i g na l s       I n   t h e   c o n t e x t   o f   C R Ns ,   be a m f o r mi ng  o f f e r s   s igni f i c a n t   a dv a n t a ge s :   i m pr o v e d  s i g n a l   s t r e n gt h ,   i nc r e a s e d  s y s t e m   c a p a c i t y ,   a n d  r e duc e d  i n t e r f e r e nc e .   Opt i m i z i ng  i t s   pa r a m e t e r s   to   a c hi e v e   t h e   b e s t   po s s i bl e   pe r f o r m a n c e   r e qu i r e s   s o phi s t i c a t e d  too l s .   T hi s   i s   w h e r e   pa r t i c l e   s wa r m   o pt i m i z a t i o n   ( P S O)   c o m e s   i n t o   pl a y .   P S O  i s   o n e   o f   t h e   m o s t   c o m m o nly   u s e d  a l go r i t hms   i n   a   l o t  o f   e n g i ne e r i n g  a pp li c a t i o n s .   I t  h a s   b e e n  e x t e ns i ve ly   a pp li e d  to  s o l v e   d i v e r s e   w i r e l e s s   c o m m u ni c a t i o n s   o pt i m i z a t i o n   pr o bl e m s   i n   d if f e r e n t   a r e a s   s uc h  a s   e l e c t r i c a l   po we r   s y s t e m s   a n d  s i g n a l   pr o c e s s i n g   [ 15] ,   [ 16 ] ,   wi r e l e s s   s e n s o r   n e t wor ks   ( W S Ns )   [ 17] ,   [ 18] ,   C R Ns   [ 19] ,   [ 20 ]   a n d  a n t e nn a   de s i g n   [ 21] ,   [ 22 ] .   P S O  wa s   i ni t i a l ly   i n t r o duc e d  by   K e nn e d y   a n d  E b e r h a r t  [ 23 ] .   B e a m f o r mi ng  i s   w i de ly   i nve s t i ga t e d  i n   t h e   l i t e r a t ur e   i n   t h e   c o n t e x t   o f   C R N s ,  B a r j o e i   e t  al.   [ 24] ,  w i t hi n   t h e   f r a m e wo r k   o f   a   t r a n s m i s s i o n   s c h e me  us i n g  b e a mf o r m i ng  t e c h n o l o g y ,   pr o p o s e   a n   i m pr o v e d   pe r f o r m a n c e   f o r   s o l vi ng  t h e   pr o bl e m   o f   n o n - li ne a r   m u l t i - o bj e c t i v e   o p t i mi z a t i o n   a n d  c o h e r e nt  p o we r   a l l o c a t i o n   b a s e d  o n   PSO .   T h e   a l go r i t hm   i s   us e d  to   f i n d  o pt i m a l   be a m f o r mi ng  we i g h t s   by   mi n im iz i n g  t h e   t r a n s m i s s i o n   po we r   o f   e a c h   t e r m i na l .   P o we r   i s   c on t r o l l e d  by   t h e   m e a s ur e d  s i g n a l - to - i n t e r f e r e nc e - p l us - n o i s e   r a t i o   ( S I NR ) ,   whi c h   c o n t a i n s   ga i n   a n d  i n t e r f e r e nc e   i nf o r m a t i o n .   T h e i r   s i m u l a t i o n s   s h o w  t h e   c o n ve r ge n c e   b e h a vi o r   o f   t h e   pr o p o s e d  a l go r i t hm   a n d  t h e   e f f i c i e n c y   o f   t h e   pr o p o s e d  s c h e m e   w i t h   a   d y n a mi c   c o s t  f un c t i o n .  i n  [ 25] ,   a   r o b us t   b e a mf o r m i ng  s c h e m e   f o r   r e c o nf igur a bl e   i n t e ll i ge n t   s ur f a c e   ( R I S )   e nh a n c e d  t r a n s mi s s i o n   i n  CRN   i s   pr o po s e d.   T h e   s c h e m e   a ddr e s s e s   n o n - c o nv e x   o pt i mi z a t i o n   pr o bl e m s   w i t h   i n t e r r upt i o n   c o n s t r a i n t s   us i n g  S c h ur   c o m p l e m e n t   a ppr o a c h e s   a n d  a l t e r n a t i v e   o pt i m i z a t i o n   w i t h   s e mi - de f i n i t e   r e l a x a t i o n   m e t h o ds .     T h e   s im u l a t i o n   r e s u l t s   s h o w  t h e   r o b us t n e s s   o f   t h e   pr o p o s e d  B F   a l go r i t hm   a n d  t h e   s upe r i o r i t y   o f   R I S - en h a nc e d  w i r e l e s s   t r a ns m i s s i o n .   Kh o di e r   a n d  S a leh   [ 26]   pr o p o s e s   a   de s i g n   s c h e m e   f o r   d i s t r i b ut e d  po we r   c o n t r o l   by   b e a m f o r mi ng  i n   c o gni t i v e   r a d i o .   A n   a l go r i t hm   i s   pr o p o s e d  t h a t ,   o n   t h e   o n e   h a n d,   m ini mi z e s   i n t e r f e r e nc e   b e t we e n   c o gni t i ve   us e r s   a n d,   o n   t h e   oth e r   h a n d,   m a xim i z e s   t h e   c a pa c i t y   o f   S Us .  T h e   P S O  i s   u s e d   to  s o l v e   a   n o nli ne a r   m u l t i - o bj e c t i v e   o p t i mi z a t i o n   p r o bl e m   w i t h   c o n s t r a i n t s .   T h e   m a i n   o bj e c t i v e   o f   t hi s   wor k  i s   to  de t e r m i ne   t h e   o p t i m a l   b e a m f o r mi ng  we i g h t   v e c to r   a n d  t h e   m a xim u m   t r a n s mi s s i o n   po we r   o f   e a c h   n o de .   T h e y   i ll u s t r a t e   t h e   a dva n t a ge s   o f   us i ng  b e a mf o r m in g  i n  c o nj u n c t i o n   w i t h   po we r   c o n t r o l ,   a n d  t h e   e f f e c t i v e n e s s   o f   t h e   o p t i m i z a t i o n   t e c h ni qu e   a do p t e d.   Z a m i r i - J a f a r i a n   a n d  J a nn a t - A ba d  [ 27] ,   p r o p o s e d  a   n e w  c oo pe r a t i v e   a l go r i t hm   f o r   b e a mf o r m i ng  a n d  po we r   a l l o c a t i o n   i n   t h e   do wnl i nk  o f   a   C R N.   T h e   m a i n  o bj e c t i v e   o f   t hi s   s t ud y   i s   t o   m a xim i z e   t h e   t ot a l   S I NR   o f   t h e   S U,   whil e   r e s pe c t i n g  t h e   tot a l   t r a n s mi t   po we r   c o n s t r a i n t s   o f   t h e   b a s e   s t a t i o n   a n d  t h e   S I NR   o f   t h e   P U.   T h e   t r a n s c e i v e r   de s i g n   wa s   de v e l o p e d  us i n g  a n   i t e r a t i v e   pr o c e dur e .   J a nn a t a b a d  a n d  Kh o s hbi n   [ 28] ,   a   n e w   s c h e m e   f o r   c oo pe r a t i v e   b e a mf o r m i ng  a n d  r e l a y   s e l e c t i o n   i n   C R Ns   wa s   pr o p o s e d.   I n   t hi s   s c h e m e ,   a   pa i r   o f   S Us   c o m m u nica t e s   wi t h   t h e   h e l p  o f   s o m e   m u l t i p l e - a n t e nn a   r e l a y   n o de s .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 5 0 2 - 4 7 52   In do n e s i a n   J   E l e c   E n g   &   C o m p  S c i ,  Vo l .   3 7 ,   N o .   1 ,  J a n ua r y   20 2 5 :   1 54 - 1 63   156   T h e   o bj e c t i v e   o f   t hi s   a l go r i t hm   i s   t o   m a xim i z e   t h e   S I NR   o f   e a c h   S U,   s ubj e c t   to   l i mi t a t i o n s   o n   t h e   i n t e r f e r e nc e   c a us e d  to   t h e   P U  r e c e i v e r   a n d  t h e   po we r   c o n s t r a i n t s   o f   t h e   r e l a y   n o de s .   Due   to  t h e   dy na m i c   n a t ur e   o f   t h e   n e t wo r k ’ s   pa r a m e t e r s   a n d  c o n s t r a i n t s ,   a s   we l l   a s   t h e   l a r ge   n u m be r   o f   us e r s ,   i t   w o ul d  b e   i n t e r e s t i n g  to  s t udy   t h e   a pp l i c a t i o n   o f   a n   a l go r i t hm   t h a t   c a n   b e   us e d  to   s o l v e   t h e   n e t wo r k   ut i li z a t i o n   pr o b l e m ,   t a ki n g  i n t o  a c c o un t  v a r i o us   c o n s t r a i n t s .   T o  i n c r e a s e   t h e   pe r f o r m a nc e   o f   b e a mf o r m i n g  i n  CRN ,   we   us e   o ur   i m pr o v e d  m e t a h e ur i s t i c   m e t ho d:   PSO ,   a n d  we   e m p l o y e d  i t   to  o p t i m i z e   b e a mf o r m i ng   pa r a m e t e r s ,   e s pe c i a ll y ,   a n t e nna   we i g h t .   T h e   a im   o f   t hi s   s t ud y   i s   t o   i m pr o v e   b e a m f o r mi n g  i n   C R N s   us i ng  a n   i m pr o v e d  P S O  a l go r i t hm .   W i r e l e s s   c h a nn e l s   a r e   e v a l ua t e d  t a ki n g  i n t o   c o n s ider a t i o n   ke y   pe r f o r m a n c e   m e t r i c s   s u c h   a s   S I NR .   T h e   P S O  f i t ne s s   f u n c t i o n   i n c o r po r a t e s   t h e   S I NR   r a t i o ,   whi c h   e v a l ua t e s   t h e   tr a n s mi t t e d  s i g n a l   po we r   a s   a   f u n c t i o n   o f   i n t e r f e r e nc e   a n d  n o i s e ,   to   gui de   t h e   a l go r i t hm   t o wa r ds   m a xi mi z i ng  s i g n a l   po we r   a n d  m i n im i z i ng  i n t e r f e r e n c e .   I n   t hi s   r e s e a r c h   we   us e   im pr o v e d  P S O  c a pa bil i t ies   t o   a dd r e s s   C R N  c ha l l e nge s ,   s uc h   a s   d y na mi c   n e t wo r k  c o n d i t i o ns   a n d  us e r   c o n s t r a i n t s .   B y   a d jus t i n g  a n t e nn a   w e i g h t s ,   t h e   a l go r i t hm   e ns ur e s   t he   c o r r e c t   o r i e n t a t i o n   o f   s i g n a l s ,   t h e r e by   r e duc i ng  i n t e r f e r e n c e   a n d  i m pr o vi n g  o v e r a l l   n e t wo r k   pe r f o r m a nc e .   T hi s   m e t h o d  o f f e r s   s i g nif i c a n t   a dv a n c e s   o v e r   c o n v e n t i o n a l   o pt i m i z a t i o n   t e c hni que s ,   m a k i ng  i t   e x t r e m e ly  r e l e v a n t  f o r   5G  s y s t e m s .   B a s e d  o n   t h e   a b o v e ,   t h e   m a i n  c o n t r i b ut i o ns   o f   t hi s   pa p e r   a r e   to   e x p l o i t   a n   im pr ov e d  P S O   a l go r i t hm   f o r   b e a m f o r m i ng  i n   C R Ns .   T hi s   a l go r i t h m   o pt i mi z e s   a n t e nn a   we i g h t s   to  m a xim i z e   b e a m   p o we r   f o r   SU s ,   whi l e   m i n im i z i ng  i n t e r f e r e nc e   w i t h   PU ,   i mpr o vi n g  S I NR   a n d  b e a m   f o c us ,   un de r   d i f f e r e n t   c h a n g i ng   n e t wo r k   c o n di t i o ns ,   f o r   f a s t e r   c o n v e r ge n c e   a n d  b e t t e r   o v e r a l l   n e t wor k  pe r f o r m a n c e .   T hi s   pa pe r   i s   o r ga ni z e d  a s   f o ll o ws :  s e c t i o n   2  c o n ta i ns   a   de s c r i pt i o n   o f   t h e   m o de l   us e d  a n d  o ut l i ne s   t h e   b a s i c   i de a   a n d  pr o c e dur e   o f   t h e   i m pr o v e d  P S O  a n d  s pe c if i e s   t h e   r e qu i r e d  pa r a m e t e r s .   F i na l ly ,   t h e   s i m u l a t i o n   r e s u l t s   a n d  t h e   a n a ly s i s   o f   s o m e   s c e n a r i o s ,   a s   we l l   a s   t h e   c o n c l us i o n s ,   a r e   pr e s e n t e d  i n   s e c t i o n s   3   a n d  4,   r e s pe c t i v e ly .       2.   M E T HO D   2. 1.     S ys t e m   m od e l   an d   p r ob l e m   s t at e m e n t   I n   t hi s   s e c t i o n ,   we   c o n s i de r   a   s y s t e m   m o de l   c o ns i s t i n g  o f   a   n e t wo r k   o f   w i r e l e s s   C R   t r a n s mi t t e r s   c o m m u ni c a t i n g  w i t h   a   S U  r e c e i v e r .   T h e   n e t wor k  o pe r a t e s   i n   t h e   pr e s e n c e   o f   a   PU   a n d  m u s t   a v o i d  a ny   f o r m   o f   i n t e r f e r e n c e .   I t   i s   a s s u m e d  t h a t   t h e   l o c a t i o n   o f   th e   S Us   i s   k n o wn   i n  a d v a n c e   i n   r e l a t i o n   to   t h e i r   o r i g i n .   S Us   c o m m u ni c a t e   di r e c t l y   w i t h   e a c h   ot h e r   wi t h o ut   t h e   n e e d  f o r   a   c e n t r a l   o r   c o n t r o l li ng  n o de .   W e   c o n s i d e r   N   S U   t r a n s m i t t e r s   di s t r i b ut e d  uni f o r m ly   i n   a   c i r c l e   o f   r a d i u s   R .   W e   us e   a   p o l a r   c oor di n a t e   s y s t e m   de s i g n a t e d  b y   ( , ) ,   a n d  we   a l s o   a s s u m e   t h a t   t h e   S Us   t r a n s m i t   t h e   s a me  po we r   l e v e l ,   a s   s h o wn   i n   F i gur e   2.           F i gur e   2.   C R Ns   m o de l       W h e r e     i s   t h e   r e g i o n   o f   t h e   SU   r e c e i ve r   a n d    i s   t h e   r e g i o n   o f   t h e   PU   r e c e i ve r .   I f   φ   de n o t e s   t h e   a z i m ut h   a n g l e ,   t h e   a r r a y   f a c t or   a t  a n g l e   φ   c a n   b e   e x pr e s s e d  a s   f o l l o w s :     F ( φ ) = [ e jk d 1 c os ( φ − φ 1 ) , . . .     , e jk d N c os ( φ − φ N ) ]   ( 1)     wh e r e   k= 2π /λ  i s   t h e   pr o pa ga t i o n   c o n s t a n t  i n   f r e e   s pa c e   a n d  λ   i s   t h e   wa v e l e n gt h .   I n   b e a m f o r m i ng  t e c hn o l o g y ,   f i nd i n g  a   we i g h t   v e c t or   i s   a n   e s s e n t i a l   s t e p  f o r   di r e c t i n g  t h e   s i g n a l   t o wa r ds   t h e   de s i r e d  us e ,   t hi s   w e i g h t i n g   v e c t o r   c a n   be   f o r m u l a t e d  a s   f o l l o ws :     w = [ w 1 , w 2 , … , w N ]   ( 2)   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n do n e s i a n   J   E l e c   E n g  &   C o m p  S c i     I S S N:   2 5 0 2 - 4 7 52       P ar ti c le  s w a r m  opti miz ati on  f or   be am f or ming  de s ign  in  a   c ognit ive   r adio   ( M os s aab  A tz e mour t )   157   w e r e     i s   t he   k - t h   n o de ’ s   t r a ns m i s s i o n   we i g h t ,   a s s u mi ng  t h a t   a   s i g n a l   a r r i v e s   a t   t h e   a n g l e   o f   0 ,   a n d  i f   we   n o t e :   t h e   t i m e   a r r i v a l   o f   t h e   s i g n a l   f o r   e a c h   e l e m e n t ,   t h e n   t h e   e l e m e n t   we i g h t   f o r   e a c h   e l e m e n t   c a n   b e   o b t a i n e d   a s   f o l l o w:     = 1  0   ( 3)     w h e r e     i s   t h e   f r e que n c y   i n   r a d i a n .   I f   we   po s e ;   = 0 ,   t h e   we i g h t   c a n   be   r e wr i tt e n   a s   f o l l o ws :     = 1   ( 4)     f r o m   t h e   d i s t r i b ut i o n   o f   t h e   a b o ve - m e n t i o n e d  d is t r i b ut e d  m o de l ,   a n d  u n de r   t h e   a s s u m pt i o n   t h a t   we   h a v e   o r i e n t e d  t h e   b e a m f o r m i ng  i n  t h e   d i r e c t i o n   o f   t h e   de s i r e d  us e r ,   we   c a n   t h e n   c a l c u l a t e   t h e   po we r ,   o r   v a r i a n c e ,   o f   t h e   o u tpu t   s i g n a l   a s   f o l l o w s :     ( ) = | . ′ | 2   ( 5)     t h e   C R N  us e s   b e a mf o r m i ng  t o  di r e c t   a   z e r o   to  t h e   P Us .   T o   p r ot e c t   P Us   we   c o n s i d e r   a   r a n ge   o f   a z im u t h   a n g l e s   whi c h   we   w i ll   c a ll   PU   r e g i o n s .   I n   or de r   to  m a xi mi z e   t h e   b e a m   po we r   i n   t h e   d i r e c ti o n   o f   t h e   S U   r e c e i v e r   whil e   l im i t i ng  i n t e r f e r e n c e   i n   t h e   P U  pr ot e c t i o n   r e g i o n ,   we   c o n s i de r   a n   i n s t a n t a n e o us   b e a m pa t t e r n   a n d  s pr e a d  n u l l s   i n   o r de r   to  pr o vi de   a r bi t r a r i ly   l a r ge   pr ot e c t i o n   t o  t h e   P U  n e t w o r k .   I f   t h e   SU   i s   l o c a t e d  i n   φϵ Φ S   a n d  i f   we   wr i t e   Φ P   t h e   P U   pr ot e c t i o n   r e g i o n ,   a   n o nl i ne a r   o p t i mi z a t i o n   pr o bl e m   c a n   b e   f o r m u l a t e d  a s   f o l l o ws :     M a x β 1 ;   β 2 ; . . . ; β N | F . w ′ | 2     ;   φϵ Φ S   ( 6)     s ubj e c t   to :     | F . w ′ | 2   ≤ γ p       ;     φϵ Φ P   ( 7)     wh e r e       i s   t h e   li mi t   o n   t h e   i n t e r f e r e nc e   i n   t he   P U  pr ot e c t i o n   r e g i o n     ( a   t h r e s h o l d  t o  pr ot e c t   t h e   PU   c o m m u ni c a t i o n ) .   T h e   e x pr e s s i o n   i n   ( 6)   i s   t h e   f i t n e s s   f u n c t i o n ,   w h o s e   r o l e   i s   to   m a xim i z e   t h e   po we r   di r e c t e d  a t   t h e   r e g i o n s   o f   t h e   SU     r e c e i v e r ,   whi l e ,   t h e   c o n s t r a i n t   f un c t i o n   ( 7)   e n s ur e s   t h a t   t h e   m a xim u m   po we r   w i t h i n   t he   P U  pr ot e c t i o n   r e g i o n   i s   l im i t e d  to  .   T o  e v a l ua t e   t hi s   s c e n a r i o   us i ng  t h e   P S O   a ppr o a c h ,   we   e v a l ua t e   t h e   e f f e c t i v e n e s s   o f   P S O  i n   t h e   B e a m f o r m i ng  a ppr o a c h   t h r o ugh   t h e   s i g n a l - to - i n t e r f e r e n c e - a n d - n o i s e   r a t i o   ( S I NR ) .   T hi s   r a t i o   i s   de f i ne d  a s   f o l l o ws :     S I NR = P tar g et ∑ P i n ter f er en c e _ n + N oi s e N n = 1   ( 8)     w h e r e      i s   t h e   po we r   o f   t a r ge t   us e r ,        i s   t h e   po we r   of   i n t e r f e r e nc e ,   a n d    i s   t h e   n u m be r   o f   i n t e r f e r e nc e   s o ur c e s .   T hi s   r a t i o   e x pr e s s e s   t h e   Qo S   gua r a n t e e s   r e s u l t i n g  f r o m   t h e   r e qu i r e m e n t s   i mpo s e d  b y   a pp l i c a t i o ns   r unni ng  o n   us e r   t e r m i na l s .     2. 2.     I m p r ove d   P S O   al go r it h m   P S O  i s   c l a s s if i e d  a s   a   m e t a he ur i s t i c   a l go r i t hm .   I t  i s   c o n s i de r e d  o n e   o f   t h e   m o s t  r e pu t e d   s wa r m - ba s e d   a l go r i t hm s   i n   t h e   l i t e r a t ur e   [ 16 ] .   P S O   i s   i n s p i r e d  by   t he   s wa r m i ng  a n d  ga t h e r i n g  be h a vi o r s   o b s e r ve d  i n   f i s h  a n d  bi r ds .   E a c h   s o l ut i o n   to  a n   o p t i mi z a t i o n   pr o bl e m   i s   c o n s i de r e d  a   m e m be r   o f   a   f i gur a t i ve   s wa r m ,   c o m m u ni c a t i n g  w i t h   t h e   ot h e r   s o l ut i o ns .   Un de r   th e   i nf l ue n c e   o f   t h e   b e s t   i n d i v i dua l s ,   t h e   po s i t i o ns   o f   t h e   s o l ut i o ns   a r e   a dj us t e d,   whi c h   ha s   pr o v e d  e x t r e m e ly   e f f e c t i v e .   T hi s   s uc c e s s   i s   de m o ns t r a t e d  by   t h e   n u m e r o us   a pp l i c a t i o ns   o f   P S O  i n   r e a l - li f e   pr o bl e m s ,   c o n t r i b u t i n g   s i g ni f i c a n t l y   t o  i t s   po pul a r i t y   [ 29 ].   P S O  i s   a   r o b us t   a l go r i t hm   w i t h   f a s t   c o n v e r ge nc e .   I t   s t a n ds   o u t   f o r   i t s   s im p li c i t y   a n d  e a s e   o f   im p l e m e n t a t i o n   o n   s o f t wa r e   pl a t f o r m s .   I t   s h o ul d   a l s o   b e   n o t e d  t h a t   i t   do e s   n ot   c o n s u m e   m uc h   m e m o r y .   L i k e w i s e ,   i t   c a n   be   us e d  to   s o l v e   m u l t i m o da l ,   n o n - d i f f e r e n t i a l   a n d  n o n - li ne a r   pr o bl e m s   [ 29 ].   I n   t h e   P S O  a l go r i t hm ,   e a c h   s o l ut i o n   to   t h e   o p t i m i z a t i o n   pr o bl e m   i s   c o ns i de r e d  a s   a   “ bi r d ”   a n d  i s   c a l l e d  a   “ pa r t i c l e ”   i n   t h e   s e a r c h   s pa c e .   T h e   e n t i r e   po pul a t i o n   o f   t h e   s o l ut i o n   i s   c a ll e d  a  “ s wa r m , ”   a n d  a ll   pa r t i c l e s   a r e   s e a r c h e d  by   f o ll o w i ng  t h e   b e s t   pa r t i c le  i n   t h e   s wa r m .   E a c h   pa r t i c l e   u s e s   i t s   o wn   i nf o r mat i o n ,   a s   we l l   a s   t h a t   o f   i t s   n e i g hb o r s ,   to   a dj us t   i t s   po s i t i o n   i n  t h e   s e a r c h   s pa c e .   I t   i s   a s s u m e d  t h a t   t h e   s t r e n gt h   o f   P S O  c o m e s   f r o m   t h e   c o o pe r a t i o n   b e t we e n   pa r t i c l e s ,   unli ke   ot h e r   e v o l ut i o n a r y   a l go r i t hm s   ( E A ) .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 5 0 2 - 4 7 52   In do n e s i a n   J   E l e c   E n g   &   C o m p  S c i ,  Vo l .   3 7 ,   N o .   1 ,  J a n ua r y   20 2 5 :   1 54 - 1 63   158   E a c h   pa r t i c l e     h a s   t w o   c h a r a c t e r i s t i c s :     :  i s   t h e   po s i t i o n   w hi c h   de t e r m i ne s   t h e   f i t n e s s   v a l ue   o f   t h e   pa r t i c l e .     :  i s   t h e   v e l o c i t y   w hi c h   de t e r m i ne s   t h e   d i r e c t i o n   a n d   di s t a n c e   o f   t h e   s e a r c h .   A t   i t e r a t i o n   t  ( t  i s   a   po s i t i v e   i n t e ge r ) ,   to  a v o i d  c o nf us i o n ,   t h e   p o s i t i o n   a n d  v e l o c i t y   o f   t h e   pa r t i c l e     a r e   us ua l l y  de n o t e d  a s   ( )   a n d  ( ) .   E a c h   pa r t i c l e   f o l l o w s   t w o   “ b e s t ”   po s i t i o ns :           ( ) :  i s   t h e   b e s t   po s i t i o n   f o un d  by   t h e   pa r t i c l e   i t s e l f   s o   f a r .        ( ) :  i s   t h e   b e s t   po s i t i o n   f o un d  by   t h e   e n t i r e   s wa r m   s o   f a r .   W h e n   t h e   a l go r i t hm   f i ni s he s ,      ( )   i s   de c l a r e d  a s   t h e   s o l ut i o n   t o  t h e   pr o bl e m   i n  que s t i o n .     T h e   po s i t i o n   a n d  v e l o c i t y   o f   e ve r y   po pu l a t i o n   m e m be r   a r e   upda t e d  v i a   t h e   f o l l o w i ng  f o r m u l a :       ( + 1 ) =   ( ) + 1 1 (      ( ) −   ( ) ) + 2 2 (    ( ) −   ( ) )   ( 9)       ( + 1 ) =   ( ) +   ( + 1 )     ( 10)     h e r e ,     de n o t e s   t h e   i n e r t i a   we i g h t ,   whil e   1   a n d  2   a r e   v a r i a bl e s   d i s t r i b ut e d  a c c o r di n g  t o   a   uni f o r m   pr o b a bil i t y   d i s t r i b ut i o n   i n   [ 0, 1] ,   1   a n d  2   a r e   c o gn i t i v e   a n d  s o c i a l   c o e f f i c i e n t ,   r e s pe c t i v e ly   [ 23] .   I n   t hi s   wo r k,   a n   i m pr o v e d  PSO   a l go r i t hm   i s   a pp l i e d ;   t hi s   im pr o v e m e n t   i s   im p l e m e n t e d  f o r   pa r a m e t e r s   ( w,   1 ,  2 )   to  m a ke   t h e m   m o r e   dy n a mi c .   T o  h e l p  pa r t i c l e s   e x p l o r e   b r o a d l y   i n   t h e   i ni t i a l   s t a ge s   a nd   c o n v e r ge   e f f i c i e n t l y   t o wa r ds   o p t i m a l   s o l ut i o ns ,   m a k i ng  t h e   a l go r i t hm   m o r e   e f f e c t i v e   f o r   c o m p l e x  o p t i mi z a t i o n   pr o bl e m s   [ 3 0 ] .   Dy n a mi c   pa r a m e t e r s   1   a n d  2   u t i li z e d  i n   t h e   a l go r i t hm   a r e   a s   f o l l o w:     1   =   (  −   ) ×    −       +     ( 11)     2   =   (  −   ) ×       +     ( 12)     a n d  t h e   d y n a mi c   pa r a m e t e r   w  u t i l i z e d  i n   t h e   a l go r i t hm   i s   a s   f o l l o w:       =   ( 1 − 2 ) ×    −       +   2   ( 13)     h e r e ,   t h e   i t e r   i s   t h e   c ur r e n t   n um be r   o f   i t e r a t i o n s ,   a nd  m a xi t e r   i s   t h e   m a xim u m   n u m be r   o f   i t e r a t i o ns      a n d     a r e   t h e   uppe r   a n d  l o we r   b o un ds   o f   t h e   l e a r ni ng  f a c to r s ,   r e s pe c t i v e ly .   1     2   a r e   t h e   uppe r   a n d  l o we r   b o un ds   o f   w,   r e s pe c t i v e ly .   T he   v a l ue s   o f   c u pp e r , c low , 1   a nd   2   a r e   r e c a l l e d  i n   t h e   s i m u l a t i o n   s e c t i o n .   T h e s e   m o d if i c a t i o n s   w il l   r e s u l t   i n  b e t t e r   pe r f o r m a n c e   b e c a u s e   i t   i n du c e s   m o r e   d y na mi c   b e ha vi o r   t h a n   t h a t   o f   a   s t a n da r d  P S O .   W e   a l s o   n ot e   t h a t   th e   P S O  i m p l e m e n t a t i o n   us e s   o nl y   pr im i t i ve   m a t he m a t i c a l  o pe r a to r s ,   whi c h   m a ke s   t h e   a l go r i t hm   i ne x pe ns i ve   i n   t e r m s   o f   m e m o r y   a n d  s pe e d.   T h e   f l o wc h a r t   i n   F i gur e   3  s h o ws   t h e   o p t i mi z a t i o n   s t e ps   m e n t i o n e d  a b o v e .           F i gur e   3.   I m pr o v e d  PSO   f l o wc h a r t   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n do n e s i a n   J   E l e c   E n g  &   C o m p  S c i     I S S N:   2 5 0 2 - 4 7 52       P ar ti c le  s w a r m  opti miz ati on  f or   be am f or ming  de s ign  in  a   c ognit ive   r adio   ( M os s aab  A tz e mour t )   159   3.   RE S UL T S   A ND   DI S CU S S I ON   I n   t hi s   s e c t i o n ,   s im u l a t i o n   r e s u l t s   a r e   pr o vi de d  to   e v a l ua t e   t h e   pe r f o r m a n c e   b e a m f o r mi ng  i n   a   CRN   us i n g  i m pr o v e d  P S O,   t h e   s i m u l a t i o ns   we r e   pe r f o r m e d  us i ng  t h e   M A T L A B   e nvi r o nm e n t .   T a bl e   1  s h o w  t h e   im pr o v e d  P S O  pa r a m e t e r s   us e d  i n   o ur   s i m u l a t i o n .   I n   o r de r   to   e s t i m a t e   t h e   pe r f o r m a n c e   o f   t h e   PSO   a l go r i t hm   i n  t h e   t r a n s m i s s i o n   s c e na r i o   c o n s i d e r e d  i n   t hi s   wo r k ,   we   w o ul d  l i ke   t o  m e a s ur e   t h e   e f f e c t   o f   t h e   nu m b e r   o f   S Us   w i t hi n  a   r a d i us   o f   4× λ   ( λ = 1. 25  m ) ,   o n   t h e   be h a vi o r   o f   t h e   n e t wo r k  f a c t o r ;   t h e   d i r e c t i o n   o f   i n t e r e s t   i s   s e t   to  60° ,   t h e   t h r e s h o l d  to  pr ot e c t  t h e   PU   c o m m u nica t i o n     i s   f i xe d  a t  - 20dB ,   we   wi ll   t a ke   i n t o  a c c oun t   t h e   i n t e r f e r e nc e   c o n s t r a i n t s   po we r   ( or   t h r e s h o l d)   f o r   PU ,   t h e   c o r r e s po n d i n g  n u m e r i c a l   r e s u l t s   a r e   pr o c e s s e d.   A s   a   ge n e r a l   r u l e ,   a   l a r ge   po pul a t i o n   s i z e   a ll o ws   r a p i d   c o n v e r ge n c e ,   s o   we   s e t   i t   a t  2000,   a s   s h o wn   i n   T a bl e   1.   I ni t i a l ly ,   by   v a r yi ng  t h e   n u m be r   o f   S Us ,   we   wa n t   to  ge t  a n   i de a   o f   t h e   be h a vi o r   o f   t h e   b e a m pa t t e r n .   F i gur e   4  s h o ws   t hi s   d i a gr a m   a s   a   f u n c t i o n   o f   a n g l e   w i t h   d i f f e r e n t   n u m be r s   o f   a n t e nn a s   ( N= 8,   N= 16  a n d  N= 24) .       T a bl e   1.   I m pr o v e d  P S O  p a r a m e t e r s   P a r a me t e r   D e s c r ip ti o n   PSO     P o pul a ti o n s i z e   2000      M a x im um  it e r a ti o n   100     U ppe r  b o unds   of  t h e  l e a r ni ng  f a c t o r s   2 . 5     L o w e r  b o unds   of  t h e  l e a r ni ng  f a c t o r s   1.2     C o gni ti ve   c o e f f i c i e nt   E qua ti o n  ( 1 1)     S oc ia l  c o e f f i c i e nt   E qua ti o n  ( 12 )     U ppe r  b o unds   of  w   0.9     L o w e r  b o unds   of  w   0.4     W e ig ht   E qua ti o n  ( 13 )     R a ndo m c o gni ti v e   c oe f f i c i e nt   U ni f or m r a nd o m  v a lu e  i n [ 0;   1 ]     R a ndo m s oc ia l  c o e f f i c i e nt   U ni f or m r a nd o m  v a lu e  i n [ 0;   1 ]           F i gur e   4.   B e a m pa t t e r n   w i t h   va r y i ng  N,   1 =   [ - 65°   - 60 ° ] ,   2 =   [ 95°   100° ]       Ne x t ,   to   c h a r a c t e r i z e   t h e   d i r e c t i vi t y   o f   t h e   r a d i a t i o n   i n   t h e   s c e n a r i o   un d e r   c o n s i d e r a t i o n ,   we   p l o t   t h e   po l a r   c ur v e   i n   F i gur e   5.   F o r   m o r e   de t a i l s ,   F i gur e   5 ( a )   de pi c t s   t h e   p o l a r   d i a gr a m   o f   t h e   b e a m pa t t e r n   w i t h   N= 8,   F i gur e   5( b )   s h o ws   t hi s   po l a r   d i a gr a m   f o r   N= 16,   a nd  f i na l ly ,   F i gur e   5( c )   p l o t s   t h e   s a m e   d i a gr a m   f o r   a   n u m be r   o f   us e r s   e qua l   t o   24 .   F r o m   F i gur e s   4  a n d  5,   i t   i s   c l e a r   t h a t   t h e   b e a m pa t t e r n   b e c o m e s   i nc r e a s i ng ly   na r r o w   a n d   c e n t e r e d  o n   t h e   de s i r e d  us e r   ( S U)   a t   60°   a s   t h e   n u m be r   o f   a n t e nn a s   i n c r e a s e s ,   f r o m   8  to  24 ,   whi c h   c a n   e n s ur e   we l l - d i r e c t e d  s i g n a l   t r a n s mi s s i o n .   On   t h e   ot h e r   h a n d,   a   f e w  a n t e nna s   ( N= 8)   a r e   m o r e   t h a n   s u f f i c i e n t   to  a c hi e ve   l im i t e d  de e p  c a n c e ll a t i o n   i n   t h e   m a i n  us e r ' s   r e g i o n .   W e   a l s o   n ot e   t h a t   a s   t h e   n u m b e r   o f   a n t e nn a s   i nc r e a s e s   ( N= 16,   N = 24) ,   c a n c e ll a t i o n s   a r e   im pr ov e d  a n d  b e c o m e   de e p e r   a n d  m o r e   e f f e c t i v e   a t   s uppr e s s i ng   i n t e r f e r e nc e   i n   t h e   P U  us e r   r e gi o ns .   Ne x t ,   we   a n a ly z e d  t h e   pe r f o r m a nc e   o f   t h e   pr o p os e d  a l go r i t hm   i n  t e r m s   o f   c o nv e r ge n c e   s pe e d  f o r   d i f f e r e n t   n u m be r s   o f   S Us .   F i gur e   6  s h o ws   t h e   c o n v e r ge n c e   c ur v e s   o f   t h e   f i t n e s s   f u n c t i o n   u n de r   = − 20    w i t h   d i f f e r e n t s   n u m be r   o f   a n t e nn a   e l e m e n t s .   I t  c a n   b e   s e e n   f r o m   F i gur e   6  t h a t   i n c r e a s i ng  t h e   n u m be r   o f   S Us   f r o m   8  to   24   s i g nif i c a n t l y   im pr o v e s   P S O  o p t i mi z a t i o n   pe r f o r m a n c e ,   a s   i ll us t r a t e d   by   t h e   l o we r   v a l u e s   o f   t h e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 5 0 2 - 4 7 52   In do n e s i a n   J   E l e c   E n g   &   C o m p  S c i ,  Vo l .   3 7 ,   N o .   1 ,  J a n ua r y   20 2 5 :   1 54 - 1 63   160   b e s t   f i t n e s s   v a l ue s   o b t a i n e d  f o r   s m a l l e r   n u m be r s   o f   i t e r a t i o ns .   I n de e d,   F o r   N= 8,   t h e   b e s t   f i t n e s s   v a l ue   f i r s t   r a p i d ly   de c l i ne s   a n d  t h e n   s t a bi li z e s   a t   a r o un d  - 0. 92  w i t hi n   a b o ut   20   i t e r a t i o n s ,   w hi l e   i t   r a p i d ly   de c l i ne s   to  a r o un d  - 0. 98  wi t hi n  1 0  i t e r a t i o ns   a n d  r e m a i ns   s t a ble  f o r   N= 16,   a n d  r a p i d ly   de c li ne s   t o   a r o un d  - 0. 98  w i t hi n  15  i t e r a t i o n s   b e f o r e   s l i g h t l y   de c r e a s i ng  a n d  s t a bi li z i ng  a r o un d  - 0. 99  a f t e r   30  i t e r a t i o n s   f o r   N= 24.   Ov e r a ll ,   pe r f o r m a n c e   f o r   16   a n d  24  us e r s   i s   s i g nif i c a n t l y   b e tt e r   t h a n   f o r   8  us e r s   a t   = − 20  .             ( a )   ( b )   ( c )     F i gur e   5.   T h e   p o l a r   p l o t   o f   t h e   b e a m pa t t e r n ,   1 =[ - 65°   - 60° ] ,   2 = [ 95°   100° ]   w i t h   v a r y i ng  N :     ( a )   N= 8,   ( b )   N= 16,   a n d  ( c )   N= 24           F i gur e   6.   F i t n e s s   f u n c t i o n   c o nv e r ge n c e   c ur ve s   ( = − 20  )       Unli ke   B a r j o e i   e t  al.   [ 24] ,   wh o   t r a n s f o r m   t h e   n o nli ne a r   c o n s t r a i n e d  pr o bl e m   i n t o   a n   u n c o n s t r a i n e d   o n e   by   us i ng  t h e   pe n a l t y   m e t h o d,   t h e   pr e s e n t   w o r k   a ppl i e s   t h e   i m pr o v e d  P S O   a l go r i t hm   d i r e c t l y   t o  t h e   pr o bl e m   i n   qu e s t i o n ,   t h us   pur s ui n g  a n   i nve s t i ga t i o n   o f   t h e   po s s i bi li t i e s   o f f e r e d  by   P S O  a l go r i t hm s .   T h e   pe r f o r m a n c e   i m pr o v e m e n t   r e s ul t i n g  f r o m   t h e   i nc r e a s e   i n   t h e   n u m be r   o f   SU   i s   e x p l a i ne d  by   t h e   e s s e nc e   o f   t h e   P S O  a l go r i t hm .   B a s i c a ll y ,   t h e   P S O  a l go r i t hm   t a ke s   a dv a n t a ge   o f   t h e   c oo pe r a t i o n   a n d  i nf o r m a t i o n  s h a r i ng   b e t we e n   i n d i v i dua l s   i n   t h e   gr o up  to   f i n d  a n   o p t i m a l   s o l ut i o n .   M o r e   p r e c i s e ly ,   P S O  s t a r t s   by   f i n d i n g  t h e   o bj e c t i v e   f u nc t i o n   a n d  t h e n   s e a r c he s   f o r   a   l o c a l   opt i m u m   t h a t   e n s ur e s   c o nv e r ge n c e   o f   t h e   o bj e c t i ve   f u n c t i o n  by   o pt i mi z i ng  t h e   s pe e d  a n d  di s p l a c e m e n t   pa r a m e t e r s .   F i n a ll y ,   i t 's   wo r t h   n ot i n g  t h a t   t h e   t i m e   r e qu i r e d  to  pe r f o r m   t h e   f i t n e s s   c a l c u l a t i o n s   c a n   do m i na t e   t h e   tot a l   c a l c u l a t i o n   t i m e   whe n   a pp l yi ng  P S O  to  r e a l - wo r l d   pr o bl e m s .   I n   a   f i na l   s im u l a t i o n ,   i n   F i gur e   7,   we   c o n s i de r   t h e   s a m e   n o i s y   e nvi r o nm e n t ,   s e tt i n g  t h e   i n t e r f e r e n c e   li mi t   i n   t h e   us e r   pr ot e c t i o n   z o n e   t o  - 20dB .   I t  wi ll   b e   us e f u l   t o   ge t  a n   i de a   o f   t h e   e v o l ut i o n   o f   t h e   S I NR   o v e r   t i m e .   W e   w il l   a l s o   v a r y   t h e   n u m be r   o f   SU   i nv o l v e d  i n   t hi s   s c e n a r i o .   B a s e d  o n   a   r e s u l t   i n   [ 26] ,   wh e r e   t h e   a v e r a ge   S I NR   r e c e i ve d  i s   c ha r a c t e r i z e d  a s   a   f u nc t i o n   o f   t h e   n u m be r   o f   m o bi l e   u s e r s ,   we   c o n s i d e r   i n   t h e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n do n e s i a n   J   E l e c   E n g  &   C o m p  S c i     I S S N:   2 5 0 2 - 4 7 52       P ar ti c le  s w a r m  opti miz ati on  f or   be am f or ming  de s ign  in  a   c ognit ive   r adio   ( M os s aab  A tz e mour t )   161   pr e s e n t   r e s e a r c h   t h e   i ns t a n t a n e o us   S I NR   v a l ue s   a s   a   f u n c t i o n   o f   t h e   e v o l ut i o n   o f   t h e   r e s o l ut i o n ,   i . e . ,   a s   a   f u n c t i o n   o f   t h e   n u m be r   o f   i t e r a t i o n s ,   v a r yi ng  t h e   nu m b e r   o f   SU s.   I n   F i gur e   7,   t h e   i ns t a n t a n e o us   v a l u e s   o f   s i g n a l   t o - i n t e r f e r e nc e   p l us   n o i s e   r a t i o   a r e   t a ke n   i n t o  a c c o un t  to  a n a l y z e   c ha nn e l   qua li t y   f o r   f ut ur e   de pl o y m e n t   o f   a   t r a n s m i s s i o n   s c h e m e .   F o r   N= 16,   t h e   S I NR   c o n v e r ge s   r a p i d ly   t o   a   s t e a d y   s t a t e   a r o un d  15  dB   i n   a r o un d  f iv e   i t e r a t i o n s .   S i mi l a r l y ,   f o r   N= 24,   i t   s h o ws   a   m o r e   gr a dua l   i nc r e a s e ,   r e a c hi ng  s t a bil i t y   j us t   a b o v e   15  dB   a r o un d  i t e r a t i o n   20.   F o r   N  =   8,   i t   i m pr o v e s   s t e a dil y   u n t i l  s t a bi li z i ng  j us t   b e l o w  15  dB   a f t e r   a r o un d  30  i t e r a t i o n s .           F i gur e   7.   S I NR   v e r s u s   n u m be r   o f   i t e r a t i o n s   ( γ p = − 2 0 d B )       T h e   r e s u l t s   o b t a i n e d  i n   t hi s   s im u l a t i o n   h a v e   b e e n   e x a mi ne d  i n   r e l a t i o n   to  e xi s t i n g  wo r k   de t a i l e d  in  [3 1 ] .   I n de e d,   i t   i s   c l e a r   f r o m   F i gur e   7  t h a t   a   r e l a t i ve l y   s m a ll   n u m be r   o f   i t e r a t i o n s   c a n   a c hi e v e   a   hi g h   S I NR ,   up   to   17   d B   i n   j us t   20  i t e r a t i o n s .   I n   c o n t r a s t,   pr e vi o us   wo r k  r e qui r e d  m o r e   t h a n   100  i t e r a t i o n s   t o   r e a c h  16  dB .   Ho we v e r ,   i t   s h o ul d  b e   n o t e d  t h a t   i n   [ 3 1 ]   t h e   n u m be r   o f   i t e r a t i o n s   i nc r e a s e s   w i t h   de c r e a s i ng  pe r mi s s i ble   i n t e r f e r e nc e   l e v e l   a n d  u n c e r t a i n t y   v a r i a n c e .   I n   t e r m s   o f   c o m p l e xi t y ,   t h e   s t udy   [ 25]   pr opo s e s   a   r o b us t   b e a m f o r m i ng  a ppr o a c h   us i ng   r e c o nf i gur a bl e   s m a r t   s ur f a c e s   ( R I S ) ,   r e qui r i n g  t he   s o l ut i o n   o f   n o n - c o nv e x   o pt i mi z a t i o n   pr o bl e m s .   W hi c h  r e s u l t s   i n   hi g h   c o m put a t i o n a l   c o m p l e xi t y ,   e s t i m a t e d  a t   ( 3 ) ,   whi c h   c a n   b e   p a r t i c u l a r ly   c h a ll e n g i ng  f o r   l a r ge - s c a l e   s y s t e m s   w i t h   m a ny   a n t e nn a s   o r   R I S   e l e m e n t s .   I n   c o n t r a s t,   t h e   i m pr o v e d  P S O  m e t h o d  pr e s e n t e d  i n   t hi s   s t ud y   h a s   a   m uc h   l o we r   c o m put a t i o n a l   c o m p l e xi t y ,   o n   t h e   or de r   o f   ( × ) ,   wh e r e   n   r e pr e s e n t s   t h e   n u m be r   o f   pa r t i c l e s   a n d  p  t h e   n u m be r   o f   i t e r a t i o n s .       4.   CONC L USI ON   I n   t hi s   wo r k ,   we   e x p l o r e d  b e a mf o r m i ng  t e c hni qu e s   w i t hi n  C R Ns   by   e m p l o yi ng  a n   im pr o v e d  P S O  a l go r i t hm .   T h e   im pr o v e d  P S O  a l go r i t hm   de m o ns t r a t e d  r a pi d  c o n ve r ge n c e   a n d  e f f i c i e n t l y   na vi ga t e d  l a r ge   s o l ut i o n   s pa c e s   to   i de n t i f y   o pt i m a l   be a m f o r mi ng  c o nf i gur a t i o ns   due   to   dy n a mi c   P S O’ s   pa r a m e t e r s   t h a t  a da pt  dur i n g  t h e   o p t i mi z a t i o n   pr o c e s s .   Our   s i m u l a t i o ns   a c hi e v e d  a   b a l a n c e   b e t we e n   f o c us i n g  t h e   s i g n a l  o n   t h e   de s i r e d  us e r   a n d  m i n im i z i ng  i n t e r f e r e nc e   to  PU ,   r e s u l t i n g  i n   s i g ni f i c a n t   i m pr o v e m e n t s   i n   S I NR   e v e n   un de r   s e v e r e   i n t e r f e r e nc e   c o n d i t i o ns .   Ov e r a ll ,   t h e   a d va n c e s   a c hi e v e d  r e pr e s e n t   a   m a j o r   s t e p  f o r wa r d  i n   t h e   f i e l d  o f   W S N s ,   i n   pa r t i c u l a r   C R Ns ,   i m pr o vi n g  t h e   c ur r e n t   pe r f o r m a n c e   o f   b e a mf o r m i ng  t e c hni que s   a n d  o pe ni ng  up  n e w  r e s e a r c h  pe r s pe c t i ve s .   F ut ur e   s t udi e s   c o u l d  e x p l o r e   hy br i d  a ppr o a c h e s ,   c o m bi n i ng  P S O  w i t h   o t h e r   a l go r i t hm s   s uc h   a s   ge n e t i c   a l go r i t hm s   o r   r e i nf o r c e m e n t   l e a r ni ng,   to   f ur t h e r   o p t i mi z e   pe r f o r m a n c e   i n   i nc r e a s i ng ly  c o m p l e x  s c e n a r i o s ,   s uc h   a s   f u ll - dup l e x   c o m m u ni c a t i o n s   a n d  m mWa v e   f r e que nc i e s .   I n   a dd i t i o n ,   t h e   de v e l o p m e n t   o f   l o w - po we r   v e r s i o n s   o f   t h e   P S O  a l go r i t hm   c o ul d  s i g nif i c a n t l y   r e duc e   e n e r g y   c o n s u m pt i o n ,   m a k i ng   i t   m o r e   s u i t a bl e   f o r   pr a c t i c a l   a pp l i c a t i o n s   i n   r e g i o n a l   c o m m u ni c a t i o n   ne t wor ks .         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 5 0 2 - 4 7 52   In do n e s i a n   J   E l e c   E n g   &   C o m p  S c i ,  Vo l .   3 7 ,   N o .   1 ,  J a n ua r y   20 2 5 :   1 54 - 1 63   162   RE F E R E NC E S   [ 1]   M .  S ha f iq   e t  al . ,  “ M ul ti pl e   a c c e s s   c o nt r o l  f or   c o gni ti ve   r a di o - b a s e d  I E E E   802.11a h  ne tw or ks ,”   Se ns or s   ( Sw it z e r la nd) ,  vo l.   18,   no .   7, p. 2043, J un. 2018, do i:  10.3390/s 18072043.   [ 2]   P .  K o l o d z y   a nd  I .  A vo id a nc e ,  “ S pe c t r um  po l ic y   ta s k  f or c e ,”   F e de r al   C om m uni c at io ns   C om m is s io n ,   W as hi ngt on,  D C ,  R e p.  E T   D oc k e t , 2002. htt p: // w w w .i ts .bl dr do c .g ov/ is a r t/ a r t0 3/ s li de s 03/ k o l_ p/ k o l_ s li d e s .pd f  ( a c c e s s e d J ul . 01, 2024) .   [ 3]   D .  L i,   D .  Z ha ng,  a nd  J .  C he ng,  “ D e gr e e s   of   f r e e d o m  f or   ha l f - dupl e x   a nd  f ul l - dupl e x   c o gni ti ve   r a di o s ,”   I E E E   T r ans ac ti ons   on   V e hi c ul ar  T e c hnol ogy , v o l.  68, n o . 3, pp. 2571 – 2584, M a r . 201 9, do i:  10.1109/ T V T .2019.2894382.   [ 4]   S .  S e nt hur a n,  A .  A npa la ga n,  a nd  O .  D a s ,  “ T hr o ughput  a na l ys is   of   o pp o r tu ni s ti c   a c c e s s   s tr a te gi e s   in   h y br id   und e r la y - O v e r la y   c o gni ti ve   r a di o   ne tw o r ks ,”   I E E E   T r ans ac ti ons   on  W ir e le s s   C om m uni c at io ns ,  v o l.   11,  no .  6,  pp.  2024 – 2035,  J un.  2012,   do i:   10.1109/ T W C .2012.032712.101209.   [ 5]   M .  E l  T a na b  a nd  W .  H a m o uda ,  “ R e s o ur c e   a ll oc a ti o n  f o r   und e r la y   c o gni ti ve   r a di o   n e tw o r ks :  a   s ur v e y ,”   I E E E   C om m uni c at io ns   Sur v e y s  and T ut or ia ls , v o l.  19, n o . 2, pp. 1249 – 1276, 2017, d o i :  10.1109/C O M S T .2016.2631079.   [ 6]   T .  M .  C .  C hu  a nd  H .  J .  Z e pe r ni c k,  “ O pt im a l  p o w e r   a ll o c a ti on  f o r   h y b r id   c o gni t i v e   c oo p e r a ti ve   r a di o   ne t w or ks   w it h  im pe r f e c t   s pe c t r um s e n s in g,”   I E E E  A c c e s s , vo l.  6, pp. 10365 – 10380, 201 8, do i:  10.1109/AC C E S S .2018.2792063.   [ 7]   D .  L i,   J .  C he ng,  a nd  V .   C .  M .  L e ung,  “ A da pt iv e   s pe c tr um  s ha r in g  f o r   ha l f - dup le x   a nd  f u ll - dupl e x   c o gni t i v e   r a di o s :  f r o m   th e   e n e r g y   e f f i c i e n c y   p e r s pe c ti ve ,”   I E E E   T r ans ac ti ons   on  C om m uni c at io ns ,  v ol .  66,  no .  11,  pp.  5067 – 5080,  N ov .  2018,  do i:   10.1109/ T C O M M .2018.2843768.   [ 8]   I .  F .  A k y il di z ,  W .  Y .  L e e ,  M .  C .  V ur a n,   a nd  S .  M o ha nt y ,  “ N e X t  ge n e r a ti o n/ d y na mi c   s pe c tr um  a c c e s s /c o gni ti ve   r a di o   w ir e l e s s   ne tw o r ks :  A  s ur v e y ,”   C om put e r  N e tw or k s , v o l.  50, n o . 13, pp. 2 127 – 2159, S e p. 2006, d o i:  10.1016/j . c o mn e t. 2006.05.001.   [ 9]   S .  M o ha mm a dz a d e h  a nd  O .  K ukr e r ,   “ R o bus t  a da pt i v e   b e a m f or mi ng  f o r   f a s t  m ov in g  in t e r f e r e n c e   ba s e d  o n  th e   c ov a r ia n c e   m a tr ix   r e c o ns tr u c ti o n,”   I E T  Si gnal   P r oc e s s in g , vo l.  13, n o . 4, pp. 486 – 493, J un. 2019, do i:  10.1049/i e t - s pr .2018.5264.   [ 10]   A .  A ma r   a nd  M .  A .   D o r o n,  “ A   li ne a r l y   c o ns tr a in e d  mi n im um  v a r ia n c e   b e a m f or me r   w it h  a   pr e - s pe c i f i e d  s uppr e s s i o n  le ve l  ove r   a   pr e - d e f in e d b r o a d null  s e c t o r ,”   Si gnal   P r oc e s s in g , vo l.  109, pp.  165 – 171, Apr . 2015, do i:  10.1016 /j .s ig pr o .2014.11.009.   [ 11]   J .  D a ng,  Z .  Z ha ng,  a nd  L .  W u,  “ J o in t  b e a m f or mi ng  f o r   in te ll ig e nt   r e f le c ti ng  s ur f a c e   a id e d  w i r e le s s   c o mm un ic a ti o n  us in g   s ta ti s ti c a l  C S I ,”   C hi na C om m uni c at io ns , v o l.  17, n o . 8, pp. 147 – 157, Aug. 2020, do i:  10.23919/J C C .2020.08.012.   [ 12]   C . A . B a la ni s ,  A nt e nna the or y  analy s is  and de s ig n , 4t h e d.  J o hn  W il e y  & S o ns , 2016.   [ 13]   A .  H .  H us s e in ,  H .  S .  F o uda ,  H .  H .  A bdul la h,  a nd  A .  A .  M .  K ha la f ,  “ A   hi ghl y   e f f i c i e nt   s pe c tr um  s e ns in g  a ppr o a c h  ba s e d   o n  a nt e nna  a r r a y s  b e a m f o r m in g,”   I E E E  A c c e s s , vo l.  8, pp. 25184 – 25197, 2020, do i:  10.1109/AC C E S S .2020.2969778.   [ 14]   M .  A tz e m o ur t,   Z .  H a c hka r ,  Y .  C hi ha b,  a nd  A .   F a r c hi ,  “ B e a m f o r mi ng  o pt im iz a ti o n  b y   b in a r y   g e n e ti c   a lg o r it hm,”   in   8t h   I nt e r nat io nal   C onf e r e nc e   on  O pt imi z at io n  and  A ppl ic at io ns ,  I C O A   2022  -   P r oc e e di ngs ,  O c t.   2022,   pp.  1 – 5,  do i:   10.1109/I C O A 55659.2022.993 4485.   [ 15]   P .  L a g o s - E ul o gi o ,   J .  C .  S e c k - T u o h - M or a ,  N .  H e r na nd e z - R o m e r o ,   a nd  J .  M e di na - M a r in ,   “ A   ne w   de s ig n   me th o d  f or   a da pt i ve   I I R   s y s te m  id e nt i f ic a ti o n  us in g  h y br id   C P S O   a nd  D E ,”   N onl in e ar   D y nam ic s ,  v o l.   88,  n o .  4,  pp.  2371 – 2389,  J un.  2017,  do i:   10.1007/s 11071 - 017 - 3383 - 7.   [ 16]   T .  M .  S ha mi ,  A .  A .  E l - S a le h,  M .  A ls w a it ti ,  Q .  A l - T a s hi ,  M .  A .  S umm a ki e h,  a nd  S .  M ir ja li li ,  “ P a r ti c l e   s w a r m  o pt im iz a ti on:   a   c o mpr e h e ns iv e  s u r ve y ,”   I E E E   A c c e s s , v o l.  10, pp. 10031 – 1006 1, 2022, do i:  10.1109/AC C E S S .2022.3142859.   [ 17]   B .  X ia ,  T .  L iu ,  T . D in g, a nd  Z .  Q . W a ng, “ A n  im pr ove d  ps o l oc a li z a ti o n  a lg o r it hm   f or  U W B   s e ns o r  n e tw o r ks ,”   W ir e le s s  P e r s onal   C om m uni c at io ns , v o l.  117, n o . 3, pp. 2207 – 2223, Apr . 2021, d o i:  10.1007/s 11277 - 020 - 07968 - x.   [ 18]   Z .  H .  Z ha n,  J .  Z ha ng,  K .  J .  D u,  a nd   J .   X ia o ,  “ E x t e nd e d  bi na r y   pa r ti c l e   s w a r m  o pt im iz a ti o n  a ppr o a c h  f or   di s jo in t  s e t  c ove r s   pr o bl e m   in   w ir e l e s s   s e ns o r   ne twor ks ,”   in   P r oc e e di ngs   -   2012  C onf e r e nc e   on  T e c hnol ogi e s   and  A ppl ic at io ns   of   A r ti fi c ia l  I nt e ll ig e nc e , T A A I  2012 , N ov . 2012, pp. 327 – 331, d o i:  10.1109 / T A A I .2012.63.   [ 19]   A .  H .   M a hdi ,  J .  M o ha na n,  M .  A .  K a li l,   a nd  A .  M it s c h e l e - T h ie l,   “ A da pt i ve   di s c r e t e   pa r ti c l e   s w a r m  o pt im i z a ti o n  f or   c o gni t iv e   r a di o s ,”  i n  I E E E   I nt e r nat io nal  C onf e r e nc e  on  C om m uni c at io ns ,  J un. 2 012, pp. 6550 – 6554, do i:  10.1109/I C C .2012.6364817.   [ 20]   A .  A .  E l - S a le h,  T .  M .  S ha mi ,  R .  N o r di n,  M .  Y .  A li a s ,   a nd  I .   S ha y e a ,  “ M ul ti - o bj e c ti v e   o pt im i z a ti o n  of   j o in t  p o w e r   a nd  a dmi s s io n  c o nt r o l   in   c o gni ti ve   r a di o   n e tw o r ks   us in g  e nha nc e d  s w a r m  in t e ll ig e n c e ,”   E le c tr oni c s   ( Sw it z e r la nd) ,  vol .  10,  n o .  2,  pp.   1 – 27,  J a n.   2021, do i:  10.3390/ e l e c tr o ni c s 10020189.   [ 21]   X .  Z ha ng,  D .   L u,  X .  Z ha ng,  a nd  Y .   W a ng,   “ A nt e nna   a r r a y   de s ig n  b y   a   c o nt r a c ti o n  a da pt iv e   pa r ti c l e   s w a r m  o pt im iz a ti o n   a lg o r it h m,”   E ur as ip   J our nal   on  W ir e le s s   C om m uni c at io ns   and  N e tw or k in g ,  v o l.   2019,  n o .  1,  p.  57,  D e c .  2019,  do i:   10.1186/s 13638 - 019 - 1379 - 3.   [ 22]   J .  L iu ,  H .  M ia o ,  X .  Y ua n,  a nd J .  S hi , “ P ho t o ni c   c r y s ta l  mi c r o s tr ip   a nt e nna   a r r a y   de s ig n  us in g  a n  im pr o ve d  b oo l e a n  pa r ti c l e   s w a r m  o pt im i z a ti o n,”  i n  St u di e s  i n di s tr ib ut e d i nt e ll ig e nc e , 2020, pp. 39 – 53.   [ 23]   J .  K e nn e d y   a nd  R .  E be r ha r t,   “ P a r ti c l e   s w a r m  o pt i mi z a ti o n, ”   P r oc e e di ngs   of   I C N N ' 95  -   I nt e r nat io nal   C on f e r e nc e   on  N e ur al   N e tw or k s , P e r th , W A , A us tr a li a , 1995, pp. 1942 - 1948 vo l. 4, d oi :  10.1109/I C N N .1995 .488968.    [ 24]   P .  D .  B a r j o e i,   G .  D a da s hz a de h,  F .  R a z z a z i,   a nd  S .  M .   R a z a v iz a d e h,  “ B i o - in s pi r e d  di s tr ib u te d  b e a m f o r m in g   f o r     c o gni ti ve   r a di o  ne tw or ks   in   n o n - s ta ti o na r y   e n v ir o n me nt ,”   I E I C E   E le c tr oni c s   E x pr e s s ,  v o l.   8,   n o .  6,  pp.   332 – 339,  2011,  do i:   10.1587/e l e x .8.332.   [ 25]   B .  Z ha o ,  M .  L in ,  S .  X ia o ,  M .  C he ng,  W . - P .  Z hu,  a nd   N .  A l - D ha hi r ,  “ R o bus t  be a mf or mi ng  f o r   R I S   e nha n c e d  tr a ns mi s s io n s   in   c o gni ti ve   r a di o   n e tw o r ks ,”   I E E E   T r ans ac ti ons   on  V e hi c ul ar   T e c hnol ogy ,  vo l.   72,  n o .  5,  pp.  6800 – 6804,   M a y   2023,  d o i:   10.1109/ T V T .2022.3229492.   [ 26]   M .  K ho di e r   a nd  G .  S a l e h,  “ B e a m f or mi ng  a nd  po w e r   c o nt r o l  f or   in te r f e r e n c e   r e duc t i o n  in   w ir e l e s s   c o mm un ic a ti o ns   us in g  pa r ti c l e   s w a r m  o pt im i z a ti o n,”   A E U   -   I nt e r nat io nal   J our nal   of   E le c tr oni c s   and  C om m uni c at io ns ,  v ol .  64,  n o .   6,  pp.  489 – 502,  J un.  2 010,  do i:  10.1016/j .a e u e .2009.03.010.   [ 27]   H .  Z a mi r i - J a f a r ia n  a nd  M .  A .  J a nna t - A ba d,  “ C o o p e r a ti ve   b e a m f or mi ng  a nd  p o w e r   a ll oc a ti o n  in   th e   d o w nl in k  of   M I M O   c o gni t iv e   r a di o  s y s t e ms ,”  i n  I E E E   V e hi c ul ar  T e c hnol ogy  C onf e r e n c e , S e p. 2010,  pp. 1 – 5, do i:  10.1109/V E T E C F .2010.5594256.   [ 28]   M .  A .  J a nna ta ba d  a nd  H .  K h o s hbi n,  “ C oo pe r a ti ve   b e a m f o r mi ng  a nd  r e la y   s e l e c ti o n  in   c o gni ti v e   r a di o   s y s te ms ,”   I nt e r nat io nal   J our nal  of   C om m uni c at io n Sy s te m s , v o l.  29, n o . 2, pp. 330 – 340 , J a n. 2016, do i:   10.1002/dac .2834.   [ 29 ]   A .  G .  G a d,  “ P a r ti c l e   s w a r m  o pt i mi z a ti o n  a lg o r it hm  a nd  it s   a ppl ic a ti o ns :  a   s y s t e ma ti c   r e vi e w ,”   A r c hi v e s   of   C om put at i onal   M e th ods  i n E ngi ne e r in g , vo l.  29, n o . 5, pp. 2531 – 2561, Aug. 2 022, do i:  10.1007/s 11831 - 021 - 09694 - 4.   [3 0 ]   C .  L i  a nd   D .  C .  C o s te r ,  “ A r ti c l e   im p r ov e d   pa r ti c l e   s w a r m  opt im iz a ti o n   a lg or it hms   f or   o pt im a l  d e s ig ns   w it h  v a r i o us   d e c i s io n  c r it e r ia ,”   M at he m at ic s ,  vo l.  10, n o . 13, p. 2310, J ul . 2022, doi:   10.3390/m a th 10132310.   [3 1 ]   H .  D u,  T .  R a tn a r a ja h,  M .  P e s a ve nt o ,  a nd  C .  B .  P a pa di a s ,  “ J o in t  tr a ns c e i ve r   b e a m f or mi ng  in   M I M O   c o gni ti ve   r a di o   n e tw o r k   v ia   s e c o nd - or de r   c o n e   pr o gr a mm in g,”   I E E E   T r ans ac ti ons   on  Si gnal   P r oc e s s in g ,  v o l.   60,  n o .  2,  pp.  781 – 792,  F e b.  2012,     do i:  10.1109/ T S P .201 1.2174790.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n do n e s i a n   J   E l e c   E n g  &   C o m p  S c i     I S S N:   2 5 0 2 - 4 7 52       P ar ti c le  s w a r m  opti miz ati on  f or   be am f or ming  de s ign  in  a   c ognit ive   r adio   ( M os s aab  A tz e mour t )   163   B I OG RA P HI E S   OF   AU T HO RS       M o s s a a b  A tz e m o u rt          i s   a  Ph . D .   s t u d e n t   i n   D e p art me n t   o f  P h y s i c s ,   Cad i   A y y a d   U n i v e rs i t y ,   Safi   Po l y d i s c i p l i n ar y   Fa c u l t y   Saf i ,   M o ro cc o .   H e   w o rk s   o n   t h e   t o p i c  o f  s i g n a l   p ro ce s s i n g ,   co g n i t i v e   ra d i o   a n d   art i fi c i a l   i n t e l l i g e n ce  an d   co g n i t i v e   ra d i o .   H e  h as   s e v e ral   i n t e r n at i o n al   p u b l i c at i o n s   o n   t h e   t o p i c   o f  h i s   o n g o i n g   t h e s i s .   H e  c a n   b e   c o n t ac t e d   at   em ai l :   mo s s at ze 1 9 9 2 @ g m ai l . co m .       P r.   Y o un es   C h i h a b           r ece i v e d   t h e   D o c t o rat e   t h e s i s   i n   N e t w o rk   S ec u r i t y   fr o m   t h e  Fac u l t y   o f   S c i en ce s   i n   t h e   Ca d i   A y y a d   U n i v e rs i t y ,   Mar rak ech ,   Mo r o cc o ,   i n   D ecem b e r  2 0 1 3 .   H i s   r e s e ar ch   w as   i n   art i f i c i a l   i n t e l l i g e n ce,   s i g n a l   p ro ces s i n g ,   a n d   m a c h i n e  l e ar n i n g .   I n   2 0 1 9 ,   h e  r ecei v e d   t h e  P h. D .   d eg r ee   i n   C o m p u t e r   S c i en ce s   fro m  t h e   Fa cu l t y   o f   S ci e n ce s ,   I b n   T o fai l   U n i v e rs i t y ,   K en i t ra,   M o ro cc o .   H i s   r e s e ar ch   i n t e r e s t s   i n c l u d e  t h e   s i g n a l   an d   i m ag e   p ro ce s s i n g   an d   co d i n g ,   n e t w o r k i n g   a n d   art i fi c i a l   i n t e l l i g e n ce .   A c t u al l y ,   h e  i s   a  p ro f e s s o r  an d   mem b e r   o f   t h e  Co m p u t e r  S c i e n ce s   R e s e ar c h   L ab o rat o r y   ( L ari ),   Su p e ri o r   S c h o o l   o f  T ec h n o l o g y ,   I b n   T o fai l   U n i v e rs i t y ,   K en e t ra,   Mo r o cc o .   H e   c a n   b e  c o n t ac t e d   at   em a i l :   y o u n e s . c h i h ab @ u i t . a c . m a.       P r.   O m a r   Be n c h a re f           recei v ed   t h e  D . S c .   d eg r ee   ( D o c t o r   H ab i l i t at u s   D . S c . )   i n   Co m p u t e r  S ci e n ce  fro m  t h e   Fa cu l t y   o f  S ci e n ce s   a n d   T e ch n o l o g y ,   Cad i   A y y a d   U n i v e rs i t y ,   Marrak ech ,   M o ro cco ,   i n   A p ri l   2 0 1 8 .   H e  i s   a  Pr o f e s s o r  o f  Co m p u t e r  S ci e n ce   i n   t h e   Fa c u l t y   o f   Sci en ce s   an d   T ec h n o l o g y ,   Ca d i   A y y a d   U n i v e rs i t y ,   s i n ce  2 0 1 3 .   H i s   re s e ar c h   i n t e r e s t s   i n cl u d e   t h e   s i g n a l   a n d   i m a g e   p ro ce s s i n g   an d   co d i n g ,   n e t w o r k i n g   an d   art i f i c i a l   i n t el l i g en ce .   H e   c a n   b e   c o n t ac t e d   at   em a i l :   o . b en c h ar e f @ u c a. m a .       P r.   Za k a ri a   Ha chk a r          recei v ed   t h e   D . S c .   d e g r ee   ( D o c t o r  H ab i l i t at u s   D . S c . )  i n   Co m p u t e r  S c i en ce   an d   T el e c o mu n i c at i o n   fro m   t h e   F ac u l t y   o f  S ci e n ce s   an d   T ech n o l o g y ,   H as s an   Fi rs t   U n i v e rs i t y ,   S e t t at ,   Mo ro cc o ,   i n   2 0 1 8 .   H e  i s   a  Pro f e s s o r  o f  Co m p u t e r  S ci e n ce ,   T e l ec o mu n i c at i o n   a n d   P h y s i c s   i n   t h e   P o l y d i s ci p l i n ar y   Fac u l t y   Safi ,   Cad i   A y y ad   U n i v e rs i t y ,   s i n ce  2 0 1 2 .   H i s   r e s e ar c h   i n t e r e s t s   i n cl u d e   t h e  c o g n i t i v e   r ad i o ,   s i g n a l   a n d   i m ag e  p ro ce s s i n g   an d   c o d i n g ,   n e t w o rk i n g   an d   art i f i ci al   i n t el l i g en c e.   H e  c an   b e   c o n t ac t e d   at   em ai l :   zh ach k ar2 0 0 0 s t e r@ g m a i l . co m .         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.