KR20090004022A - Multiuser detect device of ds-cdma system and method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 본 발명에 따른 DS-CDMA 시스템의 다중 사용자 검출장치를 개략적으로 도시한 블록도.1 is a block diagram schematically showing a multi-user detection apparatus of a DS-CDMA system according to the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 DS-CDMA 시스템의 다중 사용자 검출장치 중 유전자 알고리즘 프로세서를 도시한 블록도.Figure 2 is a block diagram showing a genetic algorithm processor of the multi-user detection apparatus of the DS-CDMA system according to the present invention.
도 3은 본 발명에 따른 DS-CDMA 시스템의 다중 사용자 검출장치 중 이주 모듈에 대한 개략적으로 도시한 블록도.3 is a schematic block diagram of a migration module of a multi-user detection apparatus of a DS-CDMA system according to the present invention;
도 4는 본 발명에 따른 DS-CDMA 시스템의 다중 사용자 검출장치 중 난수 발생기를 이용하는 모듈에 대한 개략적인 블록도.Figure 4 is a schematic block diagram of a module using a random number generator of the multi-user detection apparatus of the DS-CDMA system according to the present invention.
도 5는 본 발명에 따른 DS-CDMA 시스템의 다중 사용자 검출방법을 개략적으로 도시한 흐름도.5 is a flowchart schematically illustrating a multi-user detection method of a DS-CDMA system according to the present invention.
도 6은 본 발명에 따른 DS-CDMA 시스템의 다중 사용자 검출방법 중 유전자 프로세서 알고리즘을 개략적으로 도시한 흐름도.6 is a flowchart schematically illustrating a genetic processor algorithm in a multi-user detection method of a DS-CDMA system according to the present invention.
도 7은 본 발명에 따른 S-CDMA 시스템의 다중 사용자 검출장치 및 검출 방법을 이용한 성능비교 그래프.7 is a performance comparison graph using the multi-user detection apparatus and detection method of the S-CDMA system according to the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 도면 부호의 간단한 설명> <Brief description of reference numerals for the main parts of the drawings>
1: DS-CDMA 시스템의 다중 사용자 검출장치1: Multi-user detection device of DS-CDMA system
10: 송신기 20: 수신기 10: transmitter 20: receiver
21: 정합 필터부 23: 이진 결정부21: matching filter section 23: binary determining section
25: 유전자 알고리즘 프로세서 25a, 25a': 메모리25:
25b, 25b': 경쟁적 개체 선택 모듈 25d, 25d': 이주 모듈25b, 25b ': competitive
25c, 25c': 개체 다양성 모듈25c, 25c ': Object Diversity Module
본 발명은 유전자 알고리즘을 이용한 DS-CDMA 시스템의 다중 사용자 검출장치 및 검출방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 직접 코드 분할 다중 접속(DS - CDMA: Direct Seqence - Code Division Multiple Access) 시스템에서 데이터를 송신하는 송신기로부터 신호를 수신하는 수신기에서 사용자 신호를 추출할 때, 검출된 신호의 신뢰도를 향상시킬 수 있는 유전자 알고리즘을 이용한 DS-CDMA 시스템의 다중 사용자 검출장치 및 검출방법에 관한 것이다.The present invention relates to a multi-user detection apparatus and a detection method of a DS-CDMA system using a genetic algorithm, and more particularly, to transmit data in a Direct Seqence-Code Division Multiple Access (DS-CDMA) system. The present invention relates to a multi-user detection apparatus and a detection method of a DS-CDMA system using a genetic algorithm that can improve the reliability of the detected signal when extracting a user signal from a receiver that receives a signal from a transmitter.
일반적으로, 직접 확산 부호 분할 다중 접속(DS - CDMA: Direct Seqence - Code Division Multiple Access)은 차세대 디지털 이동통신 방식으로, 스펙트럼 확 산 기술을 채택한 방식이다.In general, DS-CDMA (Direct Seqence-Code Division Multiple Access) is a next-generation digital mobile communication method that adopts spectrum spread technology.
그리고, 다수의 사용자가 동일한 주파수 대역을 공유할 수 있으며, 사용자를 구분하기 위하여 사용자 통신 채널의 고유 의사 잡음 부호(PN Code)를 사용하는데, 송신측에서는 클럭 주파수(Clock Freqency)가 음성 데이터 주파수 대역폭의 수십 배 이상인 PN 부호를 음성 데이터에 곱하여 주파수 대역을 확산하고, 수신 측에서는 송신 시와 같은 PN 부호를 곱하면 대역폭이 원래의 폭으로 복귀하여 복조된다.In addition, a plurality of users can share the same frequency band, and uses a unique pseudo noise code (PN Code) of the user communication channel to distinguish the user, the clock frequency (Clock Freqency) of the voice data frequency bandwidth of the transmitting side The frequency band is spread by multiplying the voice data by a PN code that is tens of times or more, and multiplying by the same PN code at the reception side, the bandwidth is returned to its original width and demodulated.
여기서, 다수의 사용자가 사용하는 채널 간에 발생하는 다중 사용자 간섭(MAI: Multi - User Interferece)이 발생하고, 이를 제거하기 위하여 유전자 알고리즘이 이용된다.Here, multi-user interference (MAI) occurs between channels used by a plurality of users, and a genetic algorithm is used to remove them.
이때, 유전자 알고리즘은 '적합도가 높은 개체가 다음 세대에 생존할 확률이 높다' 라는 다윈의 자연 선택 법칙을 기반으로 하는 최적화 알고리즘으로서, 내재적인 병렬 처리 연산(Implicit Parallelism)을 통한 전역 탐색(Global Search) 기능과 수렴 속도가 우수하여 패턴 인식, 신경망 학습, 음성 인식, 로봇 제어 등의 분야에 이용된다.At this time, the genetic algorithm is an optimization algorithm based on Darwin's law of natural selection that 'highly suited individuals are likely to survive the next generation', and is a global search through implicit parallelism. Its excellent function and convergence speed make it suitable for pattern recognition, neural network learning, voice recognition, and robot control.
그러나, 사용자의 수가 증가함에 따라 다중 사용자 간섭(MAI)에 의하여 수신기의 성능이 저하되고, 수신된 데이터를 추정하는 데 연산량이 증가하여 과부하가 발생하며, 유전자 알고리즘을 이용하는 경우, 지역 최저치(Local Minima)에 머무를 수 있는 확률이 높아지고, 조기 수렴 문제와 계산 복잡도 증가 등의 문제점이 있었다.However, as the number of users increases, the performance of the receiver decreases due to multi-user interference (MAI), and the amount of computation increases to estimate the received data, causing an overload. When using a genetic algorithm, a local minimum The probability of staying at) increased, and there were problems such as early convergence and increased computational complexity.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 유전자 알고리즘 프로세서를 병렬로 연결하여 다중 사용자 간섭을 제거할 수 있는 DS-CDMA 시스템의 다중 사용자 검출장치 및 검출방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a multi-user detection device and a detection method of a DS-CDMA system that can remove the multi-user interference by connecting a genetic algorithm processor in parallel.
본 발명의 다른 목적은 조기 수렴 문제를 해결하고, 계산 복잡도를 감소시켜 연산 속도를 증가시킬 수 있는 DS-CDMA 시스템의 다중 사용자 검출장치 및 검출방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide a multi-user detection apparatus and a detection method of a DS-CDMA system that can solve the early convergence problem, reduce the computational complexity and increase the computation speed.
본 발명의 다른 목적은 병렬로 유전자 알고리즘을 연결하여 개체를 이주시켜 우성 개체를 얻을 수 있도록 다양성을 증가시키고, 성능을 높이기 위하여 경쟁적 선택 방법을 이용한 DS-CDMA 시스템의 다중 사용자 검출장치 및 검출방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide a multi-user detection apparatus and a detection method of a DS-CDMA system using a competitive selection method in order to increase diversity and increase performance to obtain dominant individuals by connecting genetic algorithms in parallel. It aims to provide.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 DS-CDMA 시스템에서 다중 사용자의 데이터를 확산 또는 PN 코드로 식별가능하도록 변조하여 무선으로 송신하는 송신기; 상기 송신기의 데이터를 확산 또는 PN 코드로 역확산시키는 정합 필터부와, 상기 정합 필터부로부터 출력된 다수의 샘플이 기 정해진 기준 출력값 이상 유, 무에 따라 0 또는 1로 판정하는 이진 결정부와, 상기 이진 결정부의 출력으로 다중 사용자 검출을 위한 유전자 알고리즘을 수행하는 유전자 알고리즘 프로 세서를 포함하는 수신기; 를 포함한다.In order to achieve the above object, the present invention is a DS-CDMA system for transmitting a radio by modulating the multi-user data so as to be identified by a spreading or PN code; A matched filter unit for despreading the data of the transmitter with a spread or PN code, a binary determiner for determining a plurality of samples output from the matched filter unit as 0 or 1 depending on whether or not a predetermined reference output value is greater than or equal to; A receiver including a genetic algorithm processor for performing a genetic algorithm for multi-user detection as an output of the binary determination unit; It includes.
그리고, 상기 유전자 알고리즘 프로세서는 병렬 연결된 것을 특징으로 한다.The genetic algorithm processor may be connected in parallel.
또한, 상기 유전자 알고리즘 프로세서는 상기 이진 결정부의 출력으로 임의의 한 비트를 돌연변이시켜 생성된 개체군을 저장하는 메모리; 상기 메모리에서 임의의 두 개체를 선택하여 다음 세대로 진화시킬 대상을 선택하는 경쟁적 개체 선택 모듈; 상기 선택된 개체로 교배 및 돌연변이시키는 개체 다양성 모듈; 상기 개체 다양성 모듈로부터 출력된 개체를 교환하고, 개체 다양성 모듈에 존재하는 개체와 비교하여 적합도가 큰 개체인 우성 개체를 출력하는 이루어지는 이주 모듈; 로 이루어지는 것을 특징으로 한다.The genetic algorithm processor may further include a memory configured to store a population generated by mutating any one bit into an output of the binary determination unit; A competitive entity selection module that selects any two entities in the memory and selects an object to evolve to the next generation; An individual diversity module for crossing and mutating to said selected individual; A migration module for exchanging the individual outputted from the individual diversity module and outputting a dominant individual which is an individual having a high suitability compared with the individual existing in the individual diversity module; Characterized in that consists of.
또한, 상기 이주 모듈은 다른 유전자 알고리즘 프로세서의 이주 모듈로부터 이주한 개체와, 두 부모 개체 중 적합도가 낮은 개체와, 자손 개체 중 적합도가 높은 개체를 비교하여 우성 개체를 출력하는 것을 특징으로 한다.In addition, the migration module is characterized by outputting a dominant individual by comparing the individual migrated from the migration module of the other genetic algorithm processor, the low suitability of the two parents, and the high suitability of the descendant.
그리고, 상기 경쟁적 개체 선택 모듈과 상기 개체 다양성 모듈은 난수 발생기를 이용하되, 경쟁적 개체 선택 모듈은 상기 난수 발생기를 이용하여 랜덤하게 생성된 두 값이 상기 메모리의 주소인 개체를 선택하고, 개체 다양성 모듈은 상기 난수 발생기를 이용하여 랜덤하게 생성된 두 값으로 교배 및 돌연변이 점을 선택하는 것을 특징으로 한다.The competitive entity selection module and the entity diversity module use a random number generator, but the competitive entity selection module selects an entity whose two randomly generated values are addresses of the memory using the random number generator, and the entity diversity module. The random number generator is characterized in that for selecting the cross and the mutation point to two randomly generated values.
여기서, 상기 개체 다양성 모듈은 난수 발생기에서 생성된 값으로 교배 및 돌연변이의 수행 여부를 판단할 수 있는 것을 특징으로 한다.Here, the individual diversity module is characterized in that it is possible to determine whether to perform crosses and mutations with the value generated by the random number generator.
또한, 상기 개체 다양성 모듈에서 상기 교배는 단순 교배 또는 두 점 교배 또는 균일 교배를 적용하고, 상기 돌연변이는 단순 돌연변이 또는 다중 돌연변이를 적용하는 것을 특징으로 한다.In addition, in the individual diversity module, the crossing is characterized by applying a simple cross or a two-point cross or a uniform cross, and the mutation is characterized by applying a simple mutation or multiple mutations.
한편, DS-CDMA 시스템에서 다중 사용자의 데이터를 송신기에서 확산 또는 PN 코드로 식별가능하도록 변조하여 무선으로 송신하는 제1 단계; 상기 송신기의 데이터를 수신기의 정합 필터부에서 확산 또는 PN 코드로 역확산시키는 제2 단계; 상기 정합 필터부로부터 이진 결정부에서 출력된 다수의 샘플이 기 정해진 기준 출력값 이상 유, 무에 따라 0 또는 1로 판정하는 제3 단계; 상기 이진 결정부의 출력으로 유전자 알고리즘 프로세서에서 다중 사용자 검출을 위한 유전자 알고리즘을 수행하는 제4 단계; 를 포함한다.On the other hand, in the DS-CDMA system, a first step of modulating the data of the multi-user to be identifiable by the spreader or PN code in the transmitter for wireless transmission; A second step of despreading data of the transmitter with a spreading or PN code in a matching filter unit of a receiver; A third step of determining a plurality of samples output from the matched filter unit from the binary determiner to 0 or 1 depending on whether or not a predetermined reference output value is greater than or equal to; A fourth step of performing a genetic algorithm for multi-user detection in a genetic algorithm processor as an output of the binary determination unit; It includes.
여기서, 상기 제4 단계는 상기 이진 결정부의 출력을 이용하여 메모리에서 임의의 한 비트를 돌연변이시켜 생성된 개체군을 저장하는 단계; 상기 메모리에서 저장된 개체 중 경쟁적 개체 선택 모듈에서 다음 세대로 진화시킬 대상을 선택하도록 임의의 두 개체를 선택하는 단계; 선택된 개체로 개체 다양성 모듈에서 교배 및 돌연변이시키는 단계; 상기 개체 다양성 모듈로 출력된 개체를 이주 모듈에서 교환하고, 개체 다양성 모듈에 존재하는 개체와 비교하여 적합도가 큰 개체인 우성 개체를 출력하는 단계; 로 이루어지는 것을 특징으로 한다.The fourth step may include storing a population generated by mutating any one bit in a memory using an output of the binary determining unit; Selecting any two entities from among the entities stored in the memory to select an object to evolve to the next generation in a competitive entity selection module; Crossing and mutating in the individual diversity module with the selected individual; Exchanging an object outputted to the individual diversity module in a migration module, and outputting a dominant individual that is an object having a high degree of suitability compared with the individual existing in the individual diversity module; Characterized in that consists of.
그리고, 상기 개체를 이주시키는 단계는 다른 유전자 알고리즘 프로세서의 이주 모듈로부터 이주한 개체와, 두 부모 개체 중 적합도가 낮은 개체와, 자손 개체 중 적합도가 높은 개체를 비교하여 우성 개체를 출력하는 것을 특징으로 한다.The migrating of the individual may include outputting a dominant individual by comparing an individual migrated from a migration module of another genetic algorithm processor, a low suitability among two parent individuals, and a high suitability among descendants. .
또한, 상기 개체를 교배 및 돌연변이시키는 단계는 난수 발생기를 이용하여 랜덤하게 생성된 두 값으로 교배 및 돌연변이 점을 선택하는 것을 특징으로 한다.In addition, the step of mating and mutating the individual is characterized in that the selection of the cross and the mutation point to two randomly generated values using a random number generator.
더불어, 상기 개체를 교배 및 돌연변이시키는 단계에서 교배는 단순 교배 또는 두 점 교배 또는 균일 교배를 적용하고, 돌연변이는 단순 돌연변이 또는 다중 돌연변이를 적용하는 것을 특징으로 한다.In addition, in the step of mating and mutating the individual, the crossing is characterized by applying a simple cross or a two-point cross or even cross, and the mutation is characterized by applying a simple mutation or multiple mutations.
그리고, 상기 개체를 선택하는 단계는 난수 발생기를 이용하여 랜덤하게 생성된 두 값이 상기 메모리의 주소인 개체를 선택하는 것을 특징으로 한다.The selecting of the object may include selecting an object whose two randomly generated values are addresses of the memory using a random number generator.
이하, 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 예시도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 DS-CDMA 시스템의 다중 사용자 검출장치를 개략적으로 도시한 블록도이고, 도 2는 본 발명에 따른 DS-CDMA 시스템의 다중 사용자 검출장치 중 유전자 알고리즘 프로세서를 도시한 블록도이다. 도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 DS - CDMA 시스템의 다중 사용자 검출장치(1)는 DS-CDMA 기반 송신기(10) 및 수신기(20)를 포함하여 이루어진다.1 is a block diagram schematically showing a multi-user detection device of a DS-CDMA system according to the present invention, Figure 2 is a block diagram showing a genetic algorithm processor of the multi-user detection device of a DS-CDMA system according to the present invention to be. As shown in the figure, the
여기서, 송신기(10)는 각각의 사용자가 송신할 데이터를 동시에 송신하고, BPSK(Binary Phase Shift Keying) 변조 방식을 이용하는데, 송신 심볼 데이터는 PN 코드와 송신 에너지와 곱해져서 안테나로 전파된다.Here, the
이때, 전파되는 각 송신 심볼 데이터는 자유 공간(Free Space)에서 합쳐지고, 이는 수신기(20)로 전달된다.At this time, the propagated transmission symbol data is combined in a free space, which is transmitted to the
이를 위하여, DS-CDMA를 개략적으로 살펴보면, DS-CDMA는 확산 대역(Spread-Spectrum) 기술을 채용한 디지털 이동 통신 방식으로, 다수의 사용자가 시간 및 주파수를 공유하면서 신호를 송, 수신하고, 전송하려는 신호의 대역폭보다 넓은 대역폭으로 신호를 확산시켜 전송하고, 이에 따라 신호의 전력 밀도가 낮아지므로 신호의 존재 유, 무를 검출하기가 용이하지 않아 통신의 비밀이 보장될 수 있다.To this end, DS-CDMA is an overview of DS-CDMA, a digital mobile communication system employing spread-spectrum technology, which allows multiple users to transmit, receive, and transmit signals while sharing time and frequency. Since the signal is spread over a wider bandwidth than that of the signal to be transmitted, and thus the power density of the signal is lowered, it is not easy to detect the presence or absence of the signal, thereby ensuring the confidentiality of the communication.
또한, 수신기(20)에서 수신된 신호를 역확산시키는 과정에서 원본 데이터 신호로 변조하기 위해서는 확산 시에 이용한 부호를 알고 있어야 하고, 외부의 방해 신호가 역확산 과정에서 반대로 확산되므로 통신 방해율이 낮다.In addition, in the process of despreading the signal received by the
그리고, 주파수를 확산시키는 방식 중 직접 시퀀스(DS: Direct Sequence) 방식은 송신하려는 디지털 데이터에 주기가 짧은 확산 부호를 곱하여 주파수 대역폭을 높일 수 있다.In the direct sequence (DS) method of spreading the frequency, the frequency bandwidth may be increased by multiplying a spread code having a short period by the digital data to be transmitted.
여기서, PN 코드는 골드 시퀀스로 이용하는 것이 바람직한데, 송신기(10)에서는 두 개의 PN 코드 중 한 PN 코드가 1 비트(Bit) 움직이고, XOR 연산으로 골드 시퀀스(Gold Sequence)를 얻을 수 있는데, 동일한 골드 시퀀스 간의 곱은 1로, 다른 골드 시퀀스 간의 곱은 0으로 접근하기 때문이다.Here, it is preferable to use a PN code as a gold sequence. In the
한편, 수신기(20)에서는 송신 안테나에서 N 명의 사용자의 신호를 합산하여 AWGN(Addition White Gaussian Noise)를 추가시키는데, 사용자의 신호를 합산할 때 사용자의 수가 증가할수록 다중 사용자 간섭(MAI: Multiple Access Interfence)이 증가한다.Meanwhile, the
따라서, 수신된 신호는 정합 필터부(Matched Filter, 21)를 통과하는데, 데이터 비트 주기만큼 골드 시퀀스(Gold Sequence)를 곱한 상기 정합 필터부(21)의 출력은 다중 사용자의 신호와, 사용자 수의 증가에 따른 다중 사용자 간섭(MAI)으로 발생하는 신호와, AWGN에 정합 필터부(21)의 가중치를 곱한 신호로 이루어진다.Therefore, the received signal passes through the matched
즉, 정합 필터부(21)는 곱셈기 및 적분기와 스위치를 포함하여 이루어져, 입력되는 다중 사용자의 수신 신호를 역확산시키고, 다중 사용자의 각 메세지 신호로 복원하는 것이다.That is, the matched
또한, 상기 정합 필터부(21)를 통과한 각 사용자의 데이터는 이진 결정부(23)를 통과하여 일정 기준 이상의 값에 대해서는 1, 일정 기준 미만인 값에 대해서는 0으로 출력된다.In addition, the data of each user passing through the matched
여기서, AWGN 를 제거하기 위하여, 정합 필터부(21)로부터 수신되는 각 사용자의 신호를 AWGN 행렬에 통과시켜 각 사용자의 신호를 검출하는데, 사용자 수가 증가할수록, 즉 AWGN 행렬 하단으로 내려갈수록 다른 사용자의 신호 성분이 하나씩 합산된 구조를 가진다.Here, in order to remove AWGN, each user's signal received from the matched
다시 말하면, 첫번째 사용자의 신호는 AWGN 행렬의 첫번째 행과의 곱을 통하여 자기 자신의 신호만이 출력되지만, 두번째 사용자 신호는 첫번째 사용자의 신호로 인한 간섭 신호가 합해진 형태로 출력되고, N 번째 사용자의 신호는 첫번째 사용자부터 N-1 번째 사용자의 간섭 신호까지 모두 합산된 형태로 출력되는 것이다.In other words, the first user's signal is output only by its own signal through the product of the first row of the AWGN matrix, while the second user's signal is output in the form of the sum of interference signals caused by the first user's signal, and the signal of the Nth user. Is the sum of all interference signals from the first user to the N-1 th user.
이에 따라, 사용자 간섭 신호(MAI)를 제거하기 위하여, 수신기(20) 측에 유전자 알고리즘 프로세서(25)를 더 구비한다.Accordingly, the
상기 유전자 알고리즘 프로세서(25)는 상기 이진 결정부(23)로부터 수신된 각 사용자의 데이터를 이진수로 표현한 0 또는 1로 이루어진 열(Array)을 입력받아, 사용자 간섭 신호(MAI)를 최소화하여 다중 사용자를 검출할 수 있도록 이루어진다.The
여기서, 송신 데이터를 최대한 다수 추정할 수 있도록, 즉 i 번째 송신 데이터와 i 번째 수신 데이터가 동일한 데이터일 확률이 높을수록 다중 사용자 검출이 용이하므로, 이에 따라 적합도 함수를 결정하여 이용하는 것이 바람직하다.Here, multi-user detection is easier as the probability that the i-th transmission data and the i-th reception data are the same data is as easy as possible so that the maximum number of transmission data can be estimated. Therefore, it is preferable to determine and use the fitness function accordingly.
그리고, 유전자 알고리즘 프로세서(25)를 병렬로 2 개 구비하고, 초기 개체를 생성하기 위하여 상기 이진 결정부(23)에서 출력된 값을 돌연변이(Mutation)시켜 메모리(25a, 25a')를 구성시킨다.In addition, two
그 이유는, 상기 이진 결정부(23)로 입력된 정합 필터부(21)의 출력이 최적해에 가까운 개체이므로, 이 개체 중 어느 한 비트를 돌연변이시켜 최적해에 가까운 개체군을 만들어 메모리(25a, 25a')를 구성하면 해를 찾는 시간을 줄일 수 있기 때문이다.The reason is that the output of the matched
그래서, 상기 이진 결정부(23)로부터 출력된 각 다중 사용자의 데이터가 비트(Bit)로 표현된 열(Array)인 각 개체로부터 돌연변이를 이용하여 다양한 개체군을 생성하고, 이를 초기 개체로 정의한다.Thus, various populations are generated using mutations from each individual whose data of each of the multi-users output from the binary determining
또한, 상기 초기 개체가 저장된 메모리(25a, 25a')에서 임의의 두 개체를 선택하여 다음 세대로 진화시킬 대상을 선택하는 경쟁적 개체 선택 모듈(25b, 25b') 을 거치게 되는데, 임의의 두 개체를 선택할 때에는 난수 발생기 모듈을 이용하여, 임의로 난수를 발생시키고, 발생된 난수를 메모리(25a, 25a')의 주소로 가지는 개체를 선택하는 것이다.In addition, through the competitive object selection module (25b, 25b ') that selects any two objects from the memory (25a, 25a') stored in the initial object to evolve to the next generation, the arbitrary two objects When selecting, the random number generator module is used to randomly generate random numbers and to select an object having the generated random numbers as addresses of the
즉, 경쟁적 개체 선택 모듈(25b, 25b')에서는 3 비트로 메모리(25a, 25a')의 주소를 선택하는데, 3 비트의 숫자열을 발생시켜, 임의의 두 개체를 선택하는 것이다.That is, the competitive object selection module 25b, 25b 'selects the addresses of the
그리고, 상기 경쟁적 개체 선택 모듈(25b, 25b')은 각각 동시에 실행되는 2 개의 블록으로 구성되어, 메모리(25a, 25a')와 난수 발생기 모듈 간의 데이터 전송을 동기를 맞추기 위하여 일련의 신호를 주고 받는 핸드 쉐이킹 프로토콜(Hand Shaking Protocol)에 의하여 연결되는 것이 바람직하다.The competitive entity selection module 25b, 25b 'is composed of two blocks, each of which is executed at the same time, and transmits and receives a series of signals to synchronize data transmission between the
또한, 메모리(25a, 25a')에서 두 개의 개체를 선택하여 적합도를 비교한 후, 우성인 개체를 부모 개체로 만들고, 열성인 개체를 열성 개체로 만들며, 상기 열성 개체를 개체군을 갱신할 때 대체할 개체로 남겨두고, 연산 속도를 증가시키기 위하여 전 세대의 부모 개체를 이용하여 한 주기(Clock)에 두 개의 부모 개체를 만들어 다음 모듈로 넘겨준다.In addition, two objects are selected from the
더불어, 상기 경쟁적 개체 선택 모듈(25b, 25b')은 무작위 선택을 하는 것이 아니라, 선택 압력을 더 높임으로써 가능한 빠른 속도로 최적의 해에 수렴이 가능하도록 설계하는 것이 바람직하다.In addition, the competitive entity selection module 25b, 25b 'is preferably designed to converge at the optimal solution as quickly as possible by increasing the selection pressure rather than making a random selection.
그리고, 경쟁적 개체 선택 모듈(25b, 25b')에서 다음 세대로 진화될 대상이 선택되었으면, 교배와 돌연변이 과정을 수행하는 개체 다양성 모듈(25c, 25c')로 선택된 개체는 입력된다.Then, when a target to be evolved to the next generation is selected in the competitive object selection modules 25b and 25b ', the individual selected as the
여기서, 개체 다양성 모듈(25c, 25c')은 두 가지 유전 연산자가 단계적으로 수행되도록 설계된 모듈인데, 교차(Crossover)는 다양한 문제에 대한 일반성을 위하여, 개체의 교차 방법을 단순 교차(1-Point Crossover), 두 점 교차(2-Point Crossover), 균일 교차(Uniform Crossover)를 사용할 수 있도록 이루어진다.Here, the individual diversity module (25c, 25c ') is a module designed to perform two genetic operators step by step, Crossover is a simple cross-over method of the crossover method of the object for the generality of various problems (1-Point Crossover) ), Two-point crossover, and uniform crossover can be used.
또한, 상기 경쟁적 개체 선택 모듈(25b, 25b')로부터 두 개의 부모 개체와, 한 개의 열등 개체를 받아 교차를 수행하게 되는데, 예를 들어 단순 교차인 경우에는 난수 발생기에서 랜덤한 난수를 발생시키고, 이에 따라 상기 난수를 받아 교차점을 정하며, 교차점(1-Point)을 기준으로 개체의 각 비트 인덱스를 비교하여 인덱스가 작은 경우에는 교환하고, 인덱스가 큰 경우에는 그대로 이용하며, 이에 따라 새로운 개체를 생성하게 되는 것이다.In addition, two parent objects and one inferior object are received from the competitive object selection modules 25b and 25b ', and the intersection is performed. For example, in the case of a simple intersection, a random number generator generates a random random number, Accordingly, the intersection point is determined based on the random number, and each bit index of the object is compared based on the intersection point (1-Point) and exchanged when the index is small. Will be done.
더불어, 상기 경쟁적 개체 선택 모듈(25b, 25b')로부터 두 개의 부모 개체와, 한 개의 열성 개체를 받아 돌연변이(Mutation)를 수행하게 되는 경우에는, 단순 돌연변이(Single-Mutation), 다중 돌연변이(Multi-Point Mutation)가 발생하도록 설계되고, 쉬운 문제에 대하여 면적은 작고 빠르게 진화할 수 있는 교차 및 돌연변이가 결합된 형태의 유전 연산자도 함께 설계되는 것이 바람직하다.In addition, in the case of receiving mutations from two competing entities and one recessive entity from the competitive entity selection modules 25b and 25b ′, single mutations and multiple mutations are performed. It is desirable to design a genetic operator in the form of a combination of crossover and mutations, which are designed to generate point mutations, and for easy problems, have a small area and can evolve quickly.
그리고, 상기 경쟁적 개체 선택 모듈(25b, 25b')에서 선택이 종료되어 난수 발생기로부터 받은 임의의 확률과 돌연변이 비율(Mutation Rate)을 비교하여, 임의의 확률이 돌연변이 비율보다 크면 '1' 이라는 비트를 생성하고, 임의의 확률이 돌연변이보다 작으면 '0' 을 생성한다.In addition, the selection is terminated in the competitive entity selection module 25b and 25b 'and the random rate generator compares the random rate with the mutation rate. If the random probability is greater than the mutation rate, the bit is' 1'. Generate a '0' if any probability is less than the mutation.
이러한 반복 과정을 통하여 각각의 개체를 생성하고, 상기 개체와 개체 다양성 모듈(25c, 25c')에서 받은 개체의 각 비트를 XOR 연산하여 최종 자손을 생성하게 된다.Through this iterative process, each individual is created, and the final descendant is generated by performing an XOR operation on each bit of the object received from the individual and the
또한, 이주 모듈(25d, 25d')에서는 개체군을 갱신하기 위하여 최종적으로 대체할 개체, 즉 적합도가 가장 좋은 개체를 선별하기 위하여 구비된다.In addition, the
더불어, 상기 최종적으로 대체할 개체인 우성 개체를 선별하기 위하여, 자손 개체 중 적합도가 높은 개체와, 현재의 두 부모 개체 중 적합도가 낮은 개체와, 병렬로 연결된 유전자 알고리즘으로부터 이주된 개체를 비교하여, 그 중 가장 우성인 개체를 선택하고, 이를 개체군에 이용한다.In addition, in order to select the dominant individual to be finally replaced, by comparing the high-fit of the descendants, the low-fit of the current two parents and the migrated from the genetic algorithm connected in parallel, Select the most dominant of them and use them for the population.
그리고, 비교 개체수가 증가함에 따라 본 발명에 따른 유전자 알고리즘은 최적해에 빠르게 도달하게 되는데, 적합도가 가장 큰 개체는 메모리(25a, 25a')에 갱신되도록 하드웨어 구조를 형성시키는 것이 바람직하다.In addition, as the comparison population increases, the genetic algorithm according to the present invention quickly arrives at an optimal solution. It is preferable to form a hardware structure so that the entity having the most suitable fitness is updated in the
또한, 이주 모듈(25d, 25d')은 서브 프로세서(Sub - Processor) 간에 데이터를 주고받을 수 있는 인터페이스(Interface) 기능을 할 수 있도록 구성됨으로써, 한 번의 유전 연산자를 수행한 후 생성되는 두 개의 개체들 중에서, 형질이 우수한 자손 개체를 선택하여 이주시키고, 이를 통하여 다른 프로세서에서 받은 개체는 경쟁적 개체 선택 모듈(25b, 25b')로 전달되어 우성 개체를 선택할 때 비교 데이터로 이용된다.In addition, the
특히, 상기 이주 모듈(25d, 25d')은 다른 프로세서로부터 이동된 개체를 무조건적으로 사용하는 것이 아니라, 자신의 프로세서 내부의 열성 개체와 비교하고, 그 중 좋은 개체를 사용하게 함으로써, 다양성 및 이동 속도를 증가시킬 수 있다.In particular, the
따라서, 이주 모듈(25d, 25d')로부터 우성인 개체가 출력되어 적합도를 만족하면, 향상된 신뢰성을 가진 신호를 검출할 수 있고, 이에 따라 다중 사용자 검출이 완료된다.Therefore, if the dominant entity is output from the
도 3은 본 발명에 따른 DS-CDMA 시스템의 다중 사용자 검출장치 중 이주 모듈에 대한 개략적으로 도시한 블록도이다. 도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 이주 모듈(25d)은 두 개의 자손 개체 중 우성인 개체를 선택하여 이주 개체로 정의하고, 이를 다른 이주 모듈(25d')로 내보내고, 반대로 다른 이주 모듈(25d')은 두 개의 자손 개체 중 우성인 개체를 선택하여 이주 개체로 정의하고, 이를 이주 모듈(25d)로 내보낸다.3 is a schematic block diagram of a migration module of a multi-user detection apparatus of a DS-CDMA system according to the present invention. As shown in the figure, the
그리고, 전달된 각각의 개체는 경쟁적 개체 선택 모듈(25b, 25b')에서 결정된 나쁜 개체(Worst Data)와 비교하고, 우성 형질의 개체를 이주 개체와 비교하며, 최종 우성 형질의 개체는 나쁜 개체(Worst Data)로 이용된다.Each delivered individual is then compared with the Worst Data determined in the competitive population selection modules 25b, 25b ', and the dominant trait is compared with the migrant, and the final dominant trait is the bad individual ( Worst Data).
또한, 이주 방법의 중요 변수로서 이주 시기, 이주하는 개체의 양, 이주할 개체의 선택, 토폴로지의 형태 등은 변경 가능하다.In addition, as an important variable of the migration method, the timing of migration, the amount of objects to be migrated, the selection of objects to be migrated, and the type of topology can be changed.
더불어, 이주 개체들의 이동 시기는 각 세대마다 이루어지며, 이주 개체의 선택은 생성된 두 자손 개체 중 적합도가 높은 개체와, 부모 개체 중 적합도가 낮은 개체와, 이주한 개체를 비교하여 우성 개체를 출력함으로써, 생성된 두 자손 개체 중에서 우수한 하나의 자손 개체만이 살아남고, 우수한 형질이 부모 개체를 대 체할 수 있도록 함으로써, 신속한 해의 확산을 방지하고, 최적의 해에 수렴할 수 있도록 이루어진다.In addition, the migration time of the migration individuals is made for each generation, and the selection of the migration objects is performed by comparing the migrated ones with the high-fitting ones of the two descendant individuals, the low-fitting ones of the parental ones, and outputting the dominant ones. Only one progeny of the two progeny generated survives and the superior trait can replace the parent, thereby preventing rapid spread of the solution and converging to the optimal solution.
도 4는 본 발명에 따른 DS-CDMA 시스템의 다중 사용자 검출장치 중 난수 발생기를 이용하는 모듈에 대한 개략적인 블록도이다. 도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 난수 발생기를 이용하는 모듈은 경쟁적 개체 선택 모듈(25b) 및 개체 다양성 모듈(25c)을 포함하여 이루어진다.4 is a schematic block diagram of a module using a random number generator of a multi-user detection apparatus of a DS-CDMA system according to the present invention. As shown in the figure, a module using a random number generator comprises a competitive entity selection module 25b and an
여기서, 난수 발생기는 개체군의 배열로부터 개체의 경쟁적 선택 및 교차의 발생 가능성을 결정하기 위하여 사용되며, 동시에 교차 및 돌연변이의 발생 위치를 결정하기 위하여 사용된다.Here, a random number generator is used to determine the competitive selection of the individual from the arrangement of the population and the possibility of occurrence of the crossing, and at the same time to determine the location of the crossing and mutation.
그래서, 상기 경쟁적 개체 선택 모듈(25b)에서는 3 비트로 메모리(25a)의 주소를 선택하는데 사용되고, 개체 다양성 모듈(25c)에서 발생하는 교차에 대해서는 가능성을 '1'로 만들어 난수 발생기를 사용하지 않는다.Thus, the competitive entity selection module 25b is used to select the address of the
그리고, 교차에서는 32비트 난수 발생기를 두 개 사용하고, 돌연변이에서는 돌연변이 확률 7 비트를 32 개 만들지 않고, 면적을 줄이기 위하여 68 비트의 난수 발생기를 1 비트씩 이동시키면서 7 비트씩 겹치는 구조로 이루어지는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable to use two 32-bit random number generators at the intersection, and to make a 7-bit overlapping structure by shifting the 68-bit random number generator by one bit in order to reduce the area, instead of creating 32 32-bit random numbers in mutation. Do.
또한, 주기 및 초기 값의 문제를 개선하기 위하여, 4 비트 카운터의 최상위 비트와 최하위 비트를 난수 발생기의 최상위 입력과, 최하위 입력에 넣어서 난수 발생기 입력으로 사용하는 것이 바람직하다.In addition, in order to improve the problem of period and initial value, it is preferable to use the most significant bit and the least significant bit of the 4-bit counter as the random number generator input by putting them in the most significant input and the least significant input of the random number generator.
예를 들어, 난수 발생기에서 발생시킨 임의의 두 수가 x1, x2 라면, 경쟁적 개체 선택 모듈(25b)에서 개체 선택을 할 때, x1 이 메모리 주소인 개체와, x2 가 메모리 주소인 개체를 선택하게 되는 것이다.For example, if two random numbers generated by the random number generator are x1 and x2, when the object selection is made in the competitive object selection module 25b, the object of which x1 is a memory address and the object of which x2 is a memory address are selected. will be.
더불어, 난수 발생기에서 발생시킨 임의의 두 수가 y1, y2 라면, 개체 다양성 모듈(25c)에서 교차점 및 돌연변이 점을 선택할 때, y1 인 지점을 선택하여 교차점으로 정하고, y2 라는 지점을 선택하여 돌연변이 점으로 정하여 교차 및 돌연변이를 일으키는 것이다.In addition, if any two numbers generated by the random number generator are y1 and y2, when selecting the intersection point and the mutation point in the
도 5는 본 발명에 따른 DS-CDMA 시스템의 다중 사용자 검출방법을 개략적으로 도시한 흐름도이다. 도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 DS-CDMA 시스템의 다중 사용자 검출방법은 다음과 같이 시작한다.5 is a flowchart schematically illustrating a multi-user detection method of a DS-CDMA system according to the present invention. As shown in the figure, the multi-user detection method of the DS-CDMA system according to the present invention starts as follows.
우선, 송신기에서 다중 사용자 데이터에 PN 코드로 무선 송신을 위하여 확산시켜 수신기로 전달한다(S10).First, the transmitter spreads the multi-user data for wireless transmission with a PN code and transmits the multi-user data to the receiver (S10).
그리고, 상기 수신기는 송신기로부터 전달받은 각 사용자의 데이터를 정합 필터부를 거쳐 PN 코드로 역확산시킨다(S20).Then, the receiver despreads the data of each user received from the transmitter to the PN code through the matching filter unit (S20).
또한, 정합 필터부에서 다중 사용자의 데이터를 이진 결정부로 전송하고, 일정 기준 이상인 데이터에 대해서는 '1' 로, 일정 기준 미만인 데이터에 대해서는 '0'으로 변환시켜 일련의 비트 열(Bit Array)을 형성시킨다(S30).In addition, the matched filter unit transmits data of multiple users to the binary determination unit, and converts the data to '1' for data above a certain level and to '0' for data below a certain level to form a series of bit arrays. Let (S30).
더불어, 이진 결정부에서 0 또는 1 로 이루어진 비트열(Bit Array)에 대해서, 유전자 알고리즘 프로세서로 전달하여 다중 사용자 간섭(MAI)을 최대한 제거하 여 다중 사용자의 추정치를 높일 수 있도록 유전자 알고리즘 프로세서로 전달하며, 이에 따라 유전자 알고리즘 프로세서는 각 다중 사용자의 신호를 검출해내어 종료된다(S40).In addition, the binary decision unit transfers the bit array consisting of 0 or 1 to the genetic algorithm processor so that the multi-user interference (MAI) can be eliminated as much as possible to increase the multi-user estimate. Accordingly, the genetic algorithm processor detects a signal of each multi-user and ends (S40).
도 6은 본 발명에 따른 DS-CDMA 시스템의 다중 사용자 검출방법 중 유전자 프로세서 알고리즘을 개략적으로 도시한 흐름도이다. 도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 유전자 프로세서 알고리즘을 자세히 살펴보면 다음과 같다.6 is a flowchart schematically illustrating a gene processor algorithm in a multi-user detection method of a DS-CDMA system according to the present invention. As shown in the figure, a detailed look at the gene processor algorithm according to the present invention.
상기 이진 결정부에서 출력된 비트열(Bit Array)은 1 비트 돌연변이되어 메모리에 저장되는데, 메모리에 저장되는 주소는 난수 발생기에서 생성된 수에 따른 주소로 결정된다(S41).The bit array output from the binary determining unit is mutated by 1 bit and stored in the memory. The address stored in the memory is determined as an address according to the number generated by the random number generator (S41).
그리고, 메모리에 저장된 각 초기 개체군은 경쟁적 개체 선택 모듈로 보내지고, 여기서 난수를 발생하여 상기 난수를 메모리의 주소로 가지는 개체를 선택하는데, 임의의 수를 두 개 생성하고, 두 개를 선택한다(S42).Each initial population stored in memory is then sent to a competitive entity selection module, where random numbers are generated to select the entity with the random number as the address of the memory, generating two random numbers, and selecting two ( S42).
또한, 경쟁적 개체 선택 모듈에서 선택된 두 개체는 개체 다양성 모듈로 입력되고, 난수 발생기에서 발생된 난수를 지점으로 한 교차 및 돌연변이를 거친다(S43).In addition, the two selected entities in the competitive entity selection module are input to the entity diversity module, and cross and mutate based on the random number generated in the random number generator (S43).
더불어, 교차 및 돌연변이를 거친 개체들은 이주 모듈로 이동되고, 각 이주 모듈 간의 이주(Migration)이 이루어지는데, 이때 이주된 개체와 부모 개체 중 적합도가 낮은 개체와, 자손 개체 중 적합도가 높은 개체를 비교하여 우성인 개체를 출력한다(S44).In addition, crossover and mutated individuals are moved to a migration module, where migration occurs between each migration module, which compares the low-fit of the migrated and parent individuals with the high-fit of the progeny. The dominant entity is output (S44).
그래서, 각 개체를 비교하여 적합도 함수를 만족하는 해가 출력될 때까지, 또는 기 설정된 횟수에 근접할 때까지 상기 단계(S42, S43, S44)를 반복적으로 구동시키고, 적합도 함수를 만족하거나 또는 기 설정된 횟수에 도달하면 본 발명에 따른 유전자 알고리즘을 종료시키도록 상기 이주 개체의 출력을 우성 개체로 출력하고, 종료시킨다(S46).Thus, the steps S42, S43, and S44 are repeatedly driven until a solution that satisfies the goodness-of-fit function is output by comparing the individual objects, or until it approaches a predetermined number of times, and satisfies the goodness-of-fit function. When the set number of times is reached, the output of the migrant individual is output to the dominant individual to terminate the genetic algorithm according to the present invention, and the operation is terminated (S46).
도 7은 본 발명에 따른 DS-CDMA 시스템의 다중 사용자 검출장치 및 검출 방법을 이용한 성능비교 그래프이다. 도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 각 검출장치의 성능을 시뮬레이션한 그래프이다.7 is a performance comparison graph using a multi-user detection apparatus and detection method of a DS-CDMA system according to the present invention. As shown in the figure, it is a graph simulating the performance of each detection apparatus.
여기서, CMUD(Conventional Multi-User Detector)는 종래 기술에 따른 다중 사용자 검출장치이고, SGAMUD(Survival Based Genetic Algorithm Multi-User Detector)는 단일 유전자 알고리즘 프로세서를 사용한 검출장치이고, SPGAMUD(Survival Based Parallel Genetic Algorithm Multi-User Detector)는 본 발명에 따른 검출장치를 나타낸다.Here, CMUD (Conventional Multi-User Detector) is a multi-user detection device according to the prior art, SGAMUD (Survival Based Genetic Algorithm Multi-User Detector) is a detection device using a single genetic algorithm processor, SPGAMUD (Survival Based Parallel Genetic Algorithm) Multi-User Detector) represents a detection apparatus according to the present invention.
그리고, 매틀랩(Matlab)으로 시뮬레이션하여 각 검출 장치에 따른 BER(Bit Error Rate) 곡선을 비교한다.Then, simulation is performed by Matlab to compare the BER (Bit Error Rate) curves of the respective detection devices.
이때, 본 발명에 따른 DS-CDMA 시스템의 다중 사용자 검출장치 및 검출 방법을 이용한 SPGAMUD는 10-3의 비트오류율(BER)에서, 종래의 다중 사용자 검출장치인 CMUD 보다 약 0.55 dB 의 성능 이득을 보이며, 단일 유전자 알고리즘을 적용한 다 중 사용자 검출장치인 SGAMUD와 비교하여 10- 3 의 비트 오류율에서 0.3 dB 이상의 성능 이득을 보이므로, 종래 기술에 따른 다중 사용자 검출장치보다 증가된 성능을 보유함을 알 수 있다.At this time, the SPGAMUD using the multi-user detection device and detection method of the DS-CDMA system according to the present invention shows a performance gain of about 0.55 dB over the conventional multi-user detection device CMUD at a bit error rate (BER) of 10 -3 . , as compared to the user detection apparatus of the applied single
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이같은 특정 실시예에만 한정되지 않으며 해당 분야에서 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 특허 청구 범위내에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경이 가능 할 것이다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described above by way of example, the scope of the present invention is not limited to such specific embodiments, and those skilled in the art are appropriate within the scope described in the claims of the present invention. It will be possible to change.
이상에서 설명한 바와 같이 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명은 다중 사용자 간섭을 최대한 배제시키고, 이에 따라 다중 사용자 간섭에 따른 오류를 제거하여 수신기에서 각 다중 사용자의 데이터를 복원할 수 있으며, 연산량을 감소시켜 연산 속도를 증가시키고, 시스템에 과부하를 줄 수 있는 요소를 제거시키며, 수신기의 성능을 증가시킬 수 있고, 정확한 사용자 추정을 가능하게 하는 등의 효과를 거둘 수 있다.As described above, the present invention having the configuration as described above can eliminate the multi-user interference as much as possible, thereby eliminating errors due to the multi-user interference, thereby restoring the data of each multi-user in the receiver and reducing the amount of computation. It can increase computational speed, eliminate elements that can overload the system, increase receiver performance, enable accurate user estimation, and more.
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