Document

Multi-user detection using genetic algorithm in code division multiple access (CDMA) communication systems

Publisher
Sultan Qaboos University
Gregorian
2003
Language
English
English abstract
The capacity of "pseudo-orthogonal" code division multiple access (PO-CDMA) can be impaired by two problems; near-far effect and multiple access interference se of conventional matched filter detector for multiple users in CDMA fails to combat any of these problems. On the other hand, the use of maximum likelihood sequence estimation detector provides excellent results but involves high computational complexity, which is exponential in the number of actives users. The objective of this work is to develop sub-optimal detectors that have reasonable computational complexity and their performance is comparable to that of the optimum receivers. Two different approaches of GA are proposed to meet this target. Attention is focused on the downlink (base-to-mobile) of a direct sequence type of CDMA (DS-CDMA) cellular system. In other words, the synchronous case is only considered in this project. The conventional DS-CDMA system is analyzed theoretically and through simulation to provide a reference performance level. The influence that MAI might have in the performance is also discussed. The maximum likelihood sequence estimation detector is then investigated. This detector is called sometimes in the literature as the optimal detector. Its performance in multi-user DS-CDMA system is presented via simulation results. This provides a reference of the best performance level that might be achieved in multi-user environment in CDMA systems. Hence, the achieved probability of error is compared with that one attained with both the conventional and optimal detectors. Methods of using genetic algorithms in multi-user detection in CDMA systems are considered. Two types of genetic algorithms are used: simple genetic algorithm (SGA) and micro genetic algorithm (UGA). The BER, in addition to the decoding time, re used as measures to assess the performance of both genetic detectors compared to that of the optimal detector. A simulation of SGA detector using the outputs of conventional detector as an initial stage is presented. Moreover, the effect of some genetic parameters in the system's performance is studied. The SGA detector is found capable of achieving results close to the optimal detector but after a large number of iterations. As a result, decoding time becomes long compared to the optimal. Hence, the SGA is considered not to be a suitable suboptimal detector. The concept of micro genetic algorithm is then introduced. A comparison of the differences between the two techniques of the genetic algorithm adopted in this work is made. Additionally, the performance of micro genetic algorithm detector is presented using the simulation results. The influence of increasing the number of generation in term of performance and decoding time is discussed. The outputs of conventional and decorrelator are tried separately as initial stages. The PGA detector gives close results to the optimal and in a shorter time than the case in the optimal detector. Therefore, it can be regarded as a suboptimal detector. Furthermore, it is found that the decorrelator detector is a better choice, as an initial stage, compared to the conventional detector.
Arabic abstract
الكشف المتعدد المستعملين بأستخدام الخوارزمية الوراثية (Genetic Algorithm) في أنظمة أتصال الوصول المتغدد ذو التقسيم الرمزي (CDMA) السعة في نظام الوصول المتعدد ذو التقيسم الرمزي (CDMA) قد تثائر بمشكلتين، الأولى مشكلة التأثير البعيد القريب
( near - far ) والثانية مشكلة التداخل في الوصول المتعدد MAI). أن أستعمال الكاشف التقليدي (conventional detector) للمستخدمين التعدين غير مجدي في حل أي من هذه المشاكل. من جهة أخرى أن أستعمال كاشف تقدير سلسلة الإمكانية الأقصى (maximum likelihood sequence estimation detector) يعطي نتائج ممتازة لكن تحقيق تلك النتائج يتضمن تعقيد حسابي عالي التي تناسب تناسبا أسي مع عدد المستخدمين الفعلي في النظام. أن الهدف من هذا البحث هو تطوير كاشفات شبه مثالية ( sub - optimal ) التي لها تعقيد حسابي معقول وأدائهم مقارن إلى أداء الكاشافات المالية، لتحقيق هذا الهدف هناك طريقتين للنظرة الوراثية تقترح في هذا العمل. البحث يركز بشكل أساسي على نوع التسلسل المباشر في نظام الوصول المتعدد ذو التقيسم الرمزي -DS) (CDMA. بكلمة أخرى، يعني هذا المشروع بدراسة الحالة المتزامنة فقط.
يتم تحليل الكاشف التقليدي نظريا وباستخدام نظام المحاكاة من أجل تزويد مستوى أداء يمكن الرجوع اليه للمقارنة، كذلك يتم مناقشة التاثير الذي يمكن لمشكلة التداخل في الوصول المتعدد أن تسببه في أداء النظام. ثم يتم استخدام نظام المحاكاة لاجل التحقيق في کاشف تقدير سلسلة الإمكانية الأقصى الذي يسمى أحيانا الكاشف المثالي. هذا يوفر مصدر لأفضل مستوى أداء ممكن في نظام الوصول المتعدد ذو التقيسم الرمزي ، ولذلك ، الإحتمال المنجز للخطا (BER) يقارن بذلك الممكن تحقيقة مع الكاشف التقليدي والكاشف
المثالي.
هناك نوعان من الخوارزميات الورائية أستخدمت في هذا البحث، الخوارزمية الوراثية البسيطة (SGA) والخوارزمية الوراثية الدقيقة (GA). وقد تم أستخدام الاحتمال المنجزء للخطاء بالاضافة إلى الوقت الضروري لفك التشفير عن المعلوات المرسلة لكافة المستخدمين في النظام، كمعايير التقييم أداء كلتا الكاشفات الوراثية ومقارنتها بالكاشف المثالي. لقد تم أستخدام نظام المحاكاة لعرض أداء الكاشف الوراثي البسيط والجدير بالذكر أن نواتج الكاشف التقليدي أستخدمت كمرحلة أولى للبحث. علاوة على ذلك، تم دراسة تأثير بعض البارامترات الوراثية في أداء النظام. لقد وجد الكاشف الوراتي البسيط قادر على إنجاز النتائج على مقربة من الكاشف المثالي لكن بعد عدد كبير من التكرار. وبناء عليه، يصبح الوقت اللازام للتشفير طويلا مقارنة بالكاشف المثالي، لذلك لا يمكن اعتبار ه کاشف شبه مثالي مناسب. بعد ذلك تم تقديم مفهوم الخوارزمية الوراثية الدقيقة وما هي الاختلافات بينها وبين الخوارزمية الوراثية البسيطة. أضافة إلى ذلك، تم عرض ، أداء كاشف الخوارزمية الوراثي الدقيق، باستخدام نظام المحاكاة. كما تمت مناقشة تاثير زياة عدد مرات التكرار في تغيير الأداء وتحديد الوقت الضروري لفك التشفير. في هذا الكاشف أستخدمت نواتج كل من الكاشف التقليدي وكاشف فك الارتباط
(decorrelator) كمراحل أولية للبحث بشكل منفصل. لقد وجد أن كاشف الخوارزمية الوراثي الدقيق يعطي نتائج قرية إلى المثالية وفي مدة أقصر من الحالة في الكاشف المثالي. لذا، هو يمكن أن يعتبر کاشف شبه مثالي. إضافة إلى ذلك، كاشف فك الارتباط تبين بأنه كان إختيار أفضل كمرحلة أولية بدلا من الكاشف التقليدي.
Category
Theses and Dissertations

Same Subject

Theses and Dissertations
0
0
Al-Maqbaliyah, Manar Mohammed Awadh.
Sultan Qaboos University.
2021
Theses and Dissertations
0
0
Al-Jabri, Taleb Abdullah Suleiman.
Sultan Qaboos University
2003
Theses and Dissertations
0
0
Al-Kindiyah, .Asma Abdulaziz
Sultan Qaboos University
2015