در سیستم های مخابراتی مبتنی بر ارسال نقطه به نقطه، در صورت از دست رفتن کانال ارتباطی، احتمال آشکارسازی صحیح سمبل های ارسالی مبدا در مقصد به شدت کاهش یافته و تضمینی بر قابل اعتماد بودن ارتباط وجود ندارد. یکی از روش های موثر مقابله با رفتار تصادفی کانال های بی سیم، استفاده از دایورسیتی می باشد. از میان طرح های گوناگون ایجاد دایورسیتی در زمان، فرکانس و فضا، تکنیک دایورسیتی فضایی در سال های اخیر توجه بیشتری را به خود معطوف کرده است. این در حالیست که بدلیل محدودیت های موجود در اندازه و هزینه ی شبکه، به کارگیری آنتن های متعدد در بسیاری از شبکه های بی سیم امکان پذیر نیست. در این شرایط، دایورسیتی فضایی توسط رویکرد جدیدی موسوم به دایورسیتی همکارانه، که در آن کاربران تک آنتنه با به اشتراک گذاشتن امکانات خود، یک سیستم مجازی چند ورودی-چندخروجی را ایجاد می کنند، محقق می گردد. ایده ی اصلی، استفاده از همکاری سایر کاربران حاضر در شبکه می باشد. این کار موجب می شود تا سیگنال ارسالی مبدا، علاوه بر مسیر مستقیم از مسیرهای دیگری نیز که احتمال از دست رفتن همگی آن ها بسیار اندک است، دریافت گردد. برای بهره گیری از مزایای دایورسیتی همکارانه، طرح های متعددی پیشنهاد داده شده اند که اغلب آن ها را می توان متعلق به یکی از دو گروه عمده ی تقویت-ارسال (af) و یا تصمیم-گیری-ارسال (df) دانست. در رویکرد تقویت-ارسال، رله پس از تقویت سیگنال دریافتی خود از طرف مبدا، آن را به سوی مقصد ارسال می نماید. این درحالیست که در رویکرد تصمیم گیری-ارسال، رله ابتدا اقدام به آشکارسازی سمبل ارسالی مبدا نموده و پس از کدگذاری و مدولاسیون مجدد، آن را برای مقصد ارسال می نماید. از آن جا که عدم موفقیت رله در آشکارسازی صحیح، انتشار خطا را در این رویکرد در پی دارد، غالبا با استفاده از کدینگ مناسب، این مسئله در رله تشخیص داده خواهد شد و در صورت بروز خطا در آشکارسازی، رله از همکاری صرف نظر خواهد کرد. تحلیل کارایی شبکه های مخابرات همکارانه، با معیارهای گوناگونی از جمله، احتمال ازکارافتادگی، احتمال خطای سمبل یا بیت و ظرفیت امکان پذیر است. دراین پایان نامه، احتمال خطای سمبل، به عنوان معیار سنجش کارایی مد نظر بوده و بر روی یک شبکه ی همکارانه ی ساده، موسوم به کانال رله و برای هر دو رویکرد af و df پیگیری می شود. در این تحلیل، تخمین ضرایب کانال ها، یا کاملا دقیق فرض خواهد شد و یا دارای توزیع گوسی مختلط و مستقل از مقدار خطای تخمین در نظر گرفته می شود. توان کل قابل تخصیص نیز محدود، و مدولاسیون qam فرض خواهد شد. بررسی ساختار گیرنده ی ترکیب حداکثر نسبت و احتمال خطای شرطی سمبل متناظر در آن، بررسی احتمال خطای سمبل و تقریب های آن، شیوه ی تخصیص توان بهینه و شبه بهینه در رویکردهای تصمیم گیری-ارسال و تقویت-ارسال از مخابرات همکارانه و همچنین ارائه ی یک رویکرد انتخابی جدید، با در نظر گرفتن امکان بروز خطا در تخمین ضرایب کانال ها، از جمله اهداف این پایان نامه به شمار می-روند. اصول دایورسیتی همکارانه را می توان در سیستم های با مدولاسیون چندحاملی نظیر ofdm نیز به کار بست که در این پایان-نامه، پس از مرور مفهوم همکاری و چند رویکرد گوناگون از آن در این گونه سیستم ها، نقش تخصیص منابع با وجود محدودیت هایی از نظر توان قابل تخصیص به هر زیرحامل، مورد بررسی قرار خواهد گرفت.

درطول سال های گذشته جهان شاهد رشد سریعی در استفاده از وسایل بی سیم بوده است و اهمیت دسترسی بی سیم روز به روز در حال افزایش می باشد. با گسترش روز افزون کاربردهای بی سیم، نیازها برای پهنای باند بیشتر در حال افزایش بوده و ایده دسترسی ایستا طیفی هم نمی تواند استفاده از طیف را به طور موثر پاسخگو باشد. به منظور برآورد این خواسته ها، ایده های جدیدی مطرح شده است. موثرترین راه برای حل این مسئله این است که به کاربران بی سیم اجازه داده شود که گستره وسیعی از طیف قابل دسترس را به اشتراک بگذارند. محدود بودن طیف قابل دسترس و استفاده غیر مفید از طیف، رویکرد ارتباطی جدیدی را الزام می کند که به آن رادیو هوشمند گفته می شود. در این رویکرد، کاربرهای ثانویه در صورت خالی بودن بخشی از طیف و عدم استفاده توسط کاربر مجوزدار (کاربر اولیه)، اقدام به استفاده از طیف می کند. به منظور آشکارسازی حضور کاربر اولیه حس کردن طیف یکی از نیازهای اساسی در شبکه های هوشمند می باشد و بدین ترتیب استفاده موثر از طیف تنظیم می شود. مهمترین وظیفه حس کردن طیف، آشکارسازی یا تشخیص حضور سیگنال کاربر اولیه است و از آنجا که کاربر ثانویه ممکن است همه اطلاعات مورد نیاز به منظور آشکارسازی سیگنال کاربر اولیه را نداشته باشد یک گیرنده غیر مخاطب قلمداد می شود. روش های بسیاری به منظور آشکارسازی سیگنال مانند آشکارسازی براساس ویژگی ایستایی چرخشی، آشکارسازی براساس پیشوند چرخشی و آشکارسازی فیلتر منطبق وجود دارد. هدف این پایان نامه پیشنهاد یک روش جدید به منظور آشکارسازی سیگنال تکامل طولانی مدت یا lte است. از جمله خصوصیات سیگنال lte، سرآیندآن می باشد که از زنجیره cazac استفاده کرده است. cazac یا زنجیره ای با خودهمبستگی صفر و دامنه ثابت، که یکی از کدهای چندجمله ای می باشد، کاربردهای بسیاری در تخمین کانال و هماهنگ سازی زمانی دارد و خصوصیات همبستگی متناوب مناسبی از خود نشان می دهد. هدف از این پایان نامه استفاده از این زنجیره به منظور آشکارسازی سیگنال lte به عنوان یک سیگنال کاربر اولیه و بهبود عملکرد آشکارسازهای غیر مخاطب می باشد. در این پایان نامه به منظور کاهش تاثیر توان نویز در آشکارساز پیشنهادی از روش های cfar مانند ca-cfar در تعیین آستانه استفاده می شود. در نهایت روش پیشنهادی با روش های دیگر از قبیل آشکارساز انرژی و آشکارسازی براساس پیشوند چرخشی مقایسه می شود و دیده می شود که آشکارساز پیشنهادی عملکرد بهتری نسبت به آشکارساز انرژی دارد. همچنین به منظور کاهش پیچیدگی محاسباتی نشان داده می شود که می توان تنها از بیت علامت در آشکارسازی استفاده کرد. علاوه بر این به منظور کاهش اثر تداخل در آشکارسازی سیگنال مورد نظر، استفاده از دیگر روش های cfar مانند cml و fcme نیز امکان پذیر است.

در این پایان نامه سعی شده است به منظور کشف فعال بودن فرستنده ی مبتنی بر مخابرات ofdm در کانال، یک آشکارساز کارآ با داشتن مشخصه های مورد نیاز رادیوشناختی طراحی گردد. از جمله این مشخصه ها زمان حقیقی بودن عملیات و بنابر این پیچیدگی محاسباتی کم آشکارسازهاست. با توجه به ویژگی های مخابرات ofdm، کانال مخابراتی مورد استفاده و نیازمندی های رادیوشناختی اقدام به طراحی آشکارساز umpi می کنیم که به دلیل وابستگی آماره ی تصمیم به پارامترهای مجهول سیستم، در واقع وجود ندارد. با این حال ما با فرض معلوم بودن این پارامترها و قرار دادن دستی آن ها و ساختن آشکارساز mpi ، از این آشکارساز به عنوان کران بالایی برای بررسی عملکرد دیگر آشکارسازهای پایا استفاده کرده ایم. جانشین مناسب برای umpi آشکارساز glr است که با جایگزینی تخمین ml پارامترهای مجهول و استفاده از معیار نیمن-پیرسن اقدام به آشکارسازی وجود سیگنال می کند. این آشکارساز در مقایسه با آشکارساز umpi دارای پیچیدگی محاسباتی بسیار کمتر و مناسب جهت استفاده های گفته شده است و در عوض دارای مقدار کمی افت در کارآیی است. برای مثال و همان طور که در فصل پنجم نشان داده خواهد شد، با احتمال هشدار کاذب برابر0/05 برای داشتن احتمال آشکارسازی 0/9 آشکارساز glr نیاز به حدود 1 db افزایش snr است. به منظور مقایسه، آشکارساز ساده ی دیگر ged با پیچیدگی محاسباتی بسیار کم نیز طراحی و مورد بررسی و ارزیابی قرار می گیرد. آشکارساز انرژی مورد استفاده در بعضی استانداردهای جدید از جمله wimax است که در فصل سوم به آن اشاره خواهد شد شبیه سازی های مختلف نشان دهنده ی کارآیی مناسب و برتر آشکارساز glr پیاده سازی می شود.

تکنیک های پردازش سیگنال دیجیتال، نقش مهمی در تخمین کانال سیستم های مخابراتی ایفا می کنند. تخمین کانال می تواند بر مبنای پایلوت یا به روش کور انجام شود. در اینجا، بخاطر بازدهی بالای پهنای باند تخمین کور در مقایسه با روشهای مبتنی بر پایلوت و کاربرد وسیع سیستم های ofdm، به مطالعه تخمین کور کانال در سیستم های ofdm پرداخته ایم. یکی از روشهای متداول در تخمین کور کانال در سیستمهای ofdm، روش مبتنی بر زیرفضاست که دارای کارائی خوبی در کانال های دارای فیدینگ آهسته می باشد. البته این روش برای کانال های دارای فیدینگ سریع با اصلاحاتی قابل اعمال است. بیشتر روشهای ارائه شده به تعداد بلوکهای دریافتی زیادی برای تخمین کانال نیاز دارند و لذا غیرعملی می باشند. در این پایان نامه مسئله تخمین کور کانال در سیستمهای mimo ofdm را مطالعه و با کاهش تعداد بلوک های دریافتی مورد نیاز، به ارائه روشی عملی مبتنی بر زیرفضا در کانالهای دارای فیدینگ سریع می پردازیم.

در طول سال های گذشته استفاده از وسایل بی سیم رشد سریعی داشته است و اهمیت دسترسی بی سیم روز به روز در حال افزایش می باشد. بنابراین سعی بر طراحی سیستم هایی است که با ارسال نرخ بیت بالا بر روی کانال های فیدینگ، بازدهی مناسبی داشته باشند. از گزینه های بسیار مناسب برای شبکه های بی سیم پرظرفیت، مدولاسیون چندحاملی و به ویژه حالت خاص آن، تکنیک تقسیم فرکانسی متعامد (ofdm) می باشد. سیگنال های پایه در این مدولاسیون از نوع کسینوسی هستند و پیاده سازی آن به راحتی با استفاده از تبدیل فوریه امکان پذیر است. در نتیجه از این روش در استانداردهای مختلف استفاده شده است. علیرغم مزایای متعدد، این روش مشکلاتی نیز دارد که از مهمترین آن ها می توان به تداخل بین حاملی (ici) اشاره نمود. این تداخل در کانال های زمان- فرکانس انتخابی باعث کاهش شدید کارایی سیستم میگردد و علت اصلی آن نیز ناشی از تغییر ناپذیر با زمان بودن سیگنال های پایه در مدولاسیون ofdm می باشد. در همین راستا با تغییر سیگنال های حامل به سیگنال چِرپ، مدولاسیونی معرفی شده است که شبه بهینه می باشد. پیاده سازی این روش ساده بوده و با جایگزین کردن تبدیل فوریه کسری به جای تبدیل فوریه معمولی در مدولاسیون ofdm حاصل می شود. به همین منظور ابتدا تبدیل فوریه کسری به عنوان یک تبدیل زمان-فرکانس و ابزاری قدرتمند در پردازش سیگنال های با طیف متغیر با زمان معرفی می گردد. سپس ارتباط آن با تبدیل های دیگر و روش های مختلف گسسته سازی تبدیل فوریه کسری توضیح داده می شود. پس از توضیحات یاد شده مدولاسیون چندحاملی با سیگنال های حامل چِرپ معرفی می شود که از تبدیل فوریه کسری جهت مدوله کردن داده ها بر روی سیگنال های حامل استفاده می شود. بلوک های به کار رفته در این روش توضیح داده شده و کارایی آن با مدولاسیون ofdm مقایسه می گردد. مشاهده می شود که تداخل بین حاملی در این روش بهبود می یابد ولی بدلیل گسترده تر بودن طیف فرکانسی سیگنال چِرپ نسبت به سیگنال کسینوسی، مولفه خارج از باند آن بیشتر از ofdm می باشد. به همین دلیل این ایده مطرح می شود که از این روش در طیف گسترده استفاده شود. در مدولاسیون طیف گسترده، پهنای باند سیگنال ارسالی زیاد و به منظور عدم تداخل با باندهای دیگر توان ارسالی کم می باشد. تکنیک های مختلفی جهت افزایش پهنای باند سیگنال ارسالی وجود دارد و در حالتی که از سیگنال چِرپ استفاده شود «طیف گسترده چِرپی» نام دارد. روش های مختلفی برای طیف گسترده چِرپی پیشنهاد شده و در استاندارد ieee 802.15.4a نیز به کار رفته است که در همه آن ها از ضرب کننده ها جهت مدولاسیون داده استفاده می شود. در این پایان نامه طیف گسترده ای بر مبنای سیگنال های چِرپ معرفی می شود که در فرستنده و گیرنده آن از بلوک تبدیل فوریه کسری استفاده شده است. به گونه ای که بلوک تبدیل فوریه کسری در فرستنده وظیفه مدوله کردن داده ها را دارد و در گیرنده از فیلتر کردن مناسب در حوزه فوریه کسری بهره می گیرد. روش جدید دارای پیچیدگی کمتر، پیاده سازی ساده تر و قابلیت انعطاف بیشتر است که شبیه سازی های مورد نظر انجام و نتایج آن آمده است.

سامانه های mimo-ofdm در کاربردهای نوین مخابرات بیسیم با کانالهایی روبرو می شوند که زمان و فرکانس- انتخابی یا دوگانه انتخابی هستند. زمان- انتخابی بودن کانال، موجب گسترش داپلر شده، تعامد زیرحاملهای ofdm را برهم می زند و تداخل بین حاملی (ici) به وجود می آورد. فرکانس- انتخابی بودن کانال نیز در صورت کافی نبودن طول پیشوند چرخشی (cp)، تداخل بین بلوکی (ibi) ایجاد می کند. در چنین شرایطی، همسانساز ساده تک شیری ofdm، کارایی خود را از دست می دهد و نیاز به شیوه های دیگر همسانسازی مطرح می گردد. این رساله به همسانسازی mimo-ofdm در حضور ici و ibi می پردازد و روشهایی در حوزه های زمان و فرکانس برای جبران این تداخلها پیشنهاد می نماید. در طراحی روشهای پیشنهادی از حالت عمومی مدل بسط پایه ای (bem) برای نمایش کانال دوگانه انتخابی استفاده می شود. همچنین ارتباط همسانسازهای پیشنهادی با طرحهای موجود بررسی می گردد و کارایی آنها به کمک شبیه سازی کامپیوتری ارزیابی می شود. در شبیه سازیها، دو دسته از کانالهای دوگانه انتخابی (رادیویی بیسیم و آکوستیکی زیرآبی) در نظر گرفته می شود و نشان داده می شود که همسانسازهای پیشنهادی، تداخل را بخوبی جبران می کنند. پیاده سازی عملی سامانه های mimo-ofdm علاوه بر ici و ibi با عدم توازن iq در اثر ایده آل نبودن عناصر آنالوگ فرستنده / گیرنده نیز روبرو است. عدم توازن iq کارایی سامانه را بشدت کاهش می دهد و جبران آن، روشهای همسانسازی کارامد را می طلبد. در این رساله، جبران عدم توازن iq در سامانه mimo-ofdm برای یک حالت عمومی مطرح می گردد. به بیان دیگر، عدم توازن iq ناشی از فرستنده و گیرنده شامل عدم توازن مستقل از فرکانس و عدم توازن وابسته به فرکانس در نظر گرفته می شود. همچنین تغییرات زمانی کانال و ناکافی بودن cp نیز در تحلیل عدم توازن iq مورد توجه قرار می گیرد و ساختاری برای همسانسازی در حضور این سه پدیده پیشنهاد می گردد. ویژگی جالب ساختار پیشنهادی این است که می توان آن را تعمیم یافته ی همسانساز حوزه فرکانس پیشنهادی برای جبران ici / ibi و همچنین چند روش همسانسازی موجود برای جبران عدم توازن iq یا ici / ibi دانست. نتایج شبیه سازی کامپیوتری نشان می دهد که کارایی احتمال خطای بیت (ber) همسانساز پیشنهادی به کارایی سامانه ای ایده آل با توازن کاملiq نزدیک است.

در زمان حاضر تقاضا برای دریافت خدمات بی سیم با نرخ های انتقال بالا همچنان در حال افزایش است. افزایش تقاضا باعث شده که طی دو دهه اخیر شاهد تحولات چشم گیری در مخابرات بی سیم باشیم. در سال های اخیر نوعی همگرایی به سوی استفاده از روش های مبتنی بر ofdm در استانداردها دیده می شود. ایده اساسی در ofdm شکستن جریان داده ورودی با نرخ بالا به تعدادی جریان داده با نرخ های پائین تر و ارسال موازی آنها روی زیرحامل های متعامد و هم پوشان در حوزه فرکانس است. دلیل اقبال ofdm مناسب بودن آن برای نرخ های ارسال بالا است. مزیّت های ofdm سبب شده اند تا ایده آن با بکارگیری سیستم های ofdma و sc-fdma برای استفاده در مخابرات چندکاربره هم گسترش یابد. نمونه بارز این امر در استاندارد lte دیده می شود که برای نخستین بار روش های مبتنی بر ofdm در شبکه های مخابرات سیّار سلولی پذیرفته شده است. در یک سیستم ofdma زیرحامل های موجود به دسته های مجزایی تقسیم شده و به کاربران مختلف برای ارسال همزمان تخصیص داده می شوند. سیستم sc-fdma نیز اساساً شکل تغییر یافته سیستم ofdma است که در آن سمبل های هر کاربر روی زیرحامل های متناظرش با استفاده از یک پیش کدگذار dft پخش می شوند. این سیستم دارای کارایی و پیچیدگی کلّی تقریباً یکسان با ofdma است اما نسبت توان قله به توان متوسط در آن پائین تر است. سیستم های مذکور در کنار مزایای ofdm چالش های آن را نیز به ارث می برند. از مهمترین این چالش ها حساسیّت زیاد نسبت به انحراف های همزمانسازی و به ویژه انحراف فرکانسی است. انحراف فرکانسی تعامد بین زیرحامل ها را از بین برده و باعث ایجاد تداخل های بین حاملی و بین کاربری می شود. در یک سیستم sc-fdma تداخل بین حاملی منجر به تداخل بین سمبلی می شود. در حال حاضر سیستم های ofdma و sc-fdma دو فنآوری رقیب برای ارسال فراسو در سیستم های مخابراتی بی سیم چندکاربره محسوب می شوند. بنابراین مطالعه و مقایسه ی آنها از جنبه های گوناگون و به ویژه حساسیّت نسبت به خطاهای همزمانسازی حائز اهمیّت می باشد. اگرچه تحقیقات گسترده ای برای تحلیل حساسیًت سیستم ofdm نسبت به انحراف فرکانسی انجام شده، با این حال تحقیقات صورت گرفته در مورد تحلیل ریاضی حساسیّت سیستم های ofdma و sc-fdma نسبت به انحراف های فرکانسی اندک است. لذا در این پایان نامه ضمن معرفی سیستم های sc-fdma، حساسیّت این سیستم ها نسبت به انحراف فرکانسی مطالعه شده و با سیستم های ofdma از این لحاظ مقایسه می شوند. با توجه به تحقیقات اندکی که پیرامون این زمینه صورت گرفته است سعی می شود تحلیلی دقیق و تا حد امکان ساده و روشن ارائه شده و کاستی های کارهای موجود در این زمینه مرتفع شود. به این منظور برای محاسبه sir در سیستم های ofdma و sc-fdma از اصل جمع آثار روی کاربران مختلف استفاده می شود و برای سیگنال مطلوب و تداخل های ناشی از انحراف فرکانسی عبارات ریاضی بسته ای استخراج می شود. همچنِین نشان داده می شود این عبارات در تخصیص درهم نهاده زیرحامل ها برای هر دو سیستم مزبور به شکل های بسیار ساده ای در می آیند. سپس تحلیل های تئوری با انجام شبیه سازی های کامپیوتری مورد ارزیابی قرار می گیرند. همچنین روش های مهم تصحیح انحراف فرکانسی در سیستم های مذکور مرور می شوند.

رشد سریع مخابرات دیجیتال در سال های اخیر، نیاز به ارسال داده با نرخ بالا را افزایش داده است. با افزایش نرخ ارسال داده در مدولاسیون های تک حاملی، دوره ی زمانی سمبل کاهش می یابد. از طرف دیگر ماهیت چندمسیره بودن کانال های مخابراتی بی سیم منجر به افزایش گسترش زمانی سیگنال های ارسالی و در نتیجه بروز تداخل مابین سمبل های مجاور می گردد. بنابراین با کاهش دوره ی زمانی سمبل های ارسالی، تداخل بین سمبلی درصد بیش تری از دوره ی زمانی سمبل را اشغال می کند و موجب افت کارایی سیستم مخابراتی می گردد. یکی از راهکارهای ارائه شده برای رویارویی با این پدیده مدولاسیون چندحاملی است که با تقسیم پهنای باند بهn زیرکانال و کاهش پهنای باند هر زیررشته، دوره ی زمانی سمبل ارسالی افزایش می یابد و تداخل بین سمبلی در مقایسه با آن ناچیز می گردد. یکی از پرکاربردترین انواع مدولاسیون چندحاملی، مدولاسیون تقسیم فرکانسی متعامد ofdm است. این مدولاسیون از زیرحامل های متعامد برای ارسال داده استفاده می کند و به سادگی با استفاده از dft و idft پیاده سازی می شود. بنابراین نیاز به استفاده از فیلترها، مدولاتورها و دمدولاتورهای متعدد در ساختار فرستنده و گیرنده برطرف می شود. یکی از مشکلات عمده ی سیستم های ofdm حساسیت آن به افست فرکانسی بین فرستنده و گیرنده است. شیفت داپلر کانال های تغییرپذیر با زمان و اختلالات فرکانسی اسیلاتورهای محلی در گیرنده و فرستنده از عوامل اصلی ایجاد افست فرکانسی اند که موجب از بین رفتن تعامد زیرحامل ها و تداخل بین حاملی می گردد. تداخل بین حاملی یا ici موجب افت کارایی سیستم می گردد به این دلیل که مبنای آشکارسازی سیگنال در سیستم های ofdm، تعامد زیرحامل ها و در نتیجه استقلال سیگنال های ارسالی بر آن ها است. به منظور بهبود کارایی سیستم ofdm در کانال های دوگانه انتخابی، استفاده از تکنیک های مقابله با ici ضرورت می یابد. تکنیک های متعددی برای مقابله با ici ارائه شده است، اما پیش از آن به تخمین کانال مخابراتی نیاز داریم. بدین منظور مدلی مبتنی بر ویژگی های کانال در نظر گرفته می شود. یکی از روش های نوین برای مدل کردن کانال های مخابراتی، مدل بسط پایه ای است که در یک تقسیم بندی کلی به دو دسته تقسیم می شود. در دسته ی اول پایه ها بر اساس ویژگی های آماری کانال مشخص می شوند و اما دسته ی دوم که در این پایان نامه مورد بررسی قرار می گیرند بر اساس یکی از بسط های موجود همانند بسط سری تیلور یا سری فوریه می باشند. در این پایان نامه ابتدا ماتریس کانال بررسی می شود. درایه های قطر اصلی ماتریس کانال، تعیین کننده ی سیگنال مطلوب و بقیه عناصر ماتریس تعیین کننده ی تداخل ناشی از زیرحامل های دیگر می باشند. در هر زیرحامل رابطه ی سیگنال دریافتی و سیگنال ارسالی بر روی همه ی زیرحامل ها استخراج می شود و سپس از بسط چندجمله ای و بسط نمایی برای مدل سازی کانال استفاده می شود. بسط نمایی به علت مدل کردن دقیق تر تغییرات کانال، نرخ خطای بیت را به میزان مطلوبی کاهش می دهد. از طرف دیگر در مدل بسط پایه ای برای افزایش دقت تخمین ناچار به افزایش تعداد پایه ها می باشیم و نشان می دهیم که در بسط چندجمله ای، با افزایش تعداد پایه، تعداد پارامترهای تخمین و در نتیجه پیچیدگی محاسبات افزایش می یابد در صورتی که با استفاده از بسط نمایی بدون نیاز به افزایش پارامترهای سیستم کارایی سیستم به طور قابل توجهی افزایش می یابد. در این پایان نامه تخمین با معیار mmse و همسان سازی با استفاده از همسان ساز تک شیر mmse انجام می شود و با استفاده از روش دوری در هر مرحله پس از آشکارسازی سیگنال، تداخل بین حاملی از مقدار آشکار شده کسر می گردد. در روش هایی که برای تخمین کانال با استفاده از مدل بسط پایه ای نمایی انجام می شود کلیه ضرایب بسط برای هر شیر تخمین زده می شود. در صورتی که روش تخمین مورد استفاده در این پایان نامه با استفاده از مدل نمایی تنها به تخمین دو پارامتر برای هر شیر نیاز دارد. بنابراین تعداد پارامترهای مورد نیاز برای تخمین ماتریس کانال به شدت کاهش می یابد.

مخابره بر یک کانال بی سیم در معرض اثرات انتشار در مقیاس کوچک و بزرگ، شامل تلفات مسیر، محوشدگی سایه و محوشدگی چند مسیری در مقیاس کوچک قرار می گیرد. این اثرات مهمترین علل تنزل عملکرد سیستم های مخابرات بی سیم می باشند. به منظور مقابله با اثرات مخرب محوشدگی، تکنیک های مختلف دایورسیتی، شامل دایورسیتی زمانی، فرکانسی و فضایی پیشنهاد شده اند. از بین شیوه های دایورسیتی، دایورسیتی همکارانه بطور ویژه مورد توجه قرار گرفته است. دایورسیتی همکارانه روشی جدید به منظور افزایش قابلیت اطمینان مخابره از طریق استخراج دایورسیتی فضایی می باشد. با این وجود، این فناوری در عمل با چالش هایی روبرو است. در پاره ای از پروتکل های دایورسیتی همکارانه که اساس آن ها بر انتشار هم زمان ترمینال های رله می باشد، سنکرون سازی زمانی و فرکانسی ترمینال ها بسیار مهم است. لکن به دلیل طبیعت توزیع شده ی ترمینال های رله، دست یابی به این مهم در عمل دشوار است. مشکلات سنکرون سازی در مقصد، دلیل اصلی تنزل عملکرد برای پروتکل های بر اساس ارسال همزمان مانند کدگذاری فضا-زمان توزیع شده می باشد. گرچه جداسازی زمان ارسال ترمینال های مختلف شبکه به شیوه ی قدیمی tdma می تواند مسائل مرتبط با سنکرون سازی ترمینال های توزیع شده را حل کند اما پروتکل های همکاری مبتنی بر tdma عموما به دلیل تاخیر شدید زمانی، از مشکل کارآیی پایین طیف رنج می برند. علاوه بر این مشکلات، طبیعت نامتقارن شبکه های بی سیم مسئله ی دیگری است که لازم است در پروتکل های دایورسیتی همکارانه مورد توجه قرار گیرد. در شبکه های بی سیم واقعی، گره های مختلف منبع در موقعیت های متفاوتی توزیع شده اند. بنابراین ترمینال های مختلف در شبکه شرایط کانال متفاوتی را تجربه کرده و لذا بعضی از گره ها در مقایسه با گره های دیگر ناکارآمد می باشند. مخابره در شبکه های نامتقارن با استفاده از پروتکل های غیرهمکارانه منجر به افزایش مجموع توان ارسالی شبکه و توزیع غیریکنواخت توان در شبکه می شود. این مسائل تنزل عملکرد مخابره را به همراه دارند. مخابرات همکارانه می تواند به عنوان شیوه ای برای بهبود عملکرد مخابره در شبکه های نامتقارن مخابرات بی سیم معرفی شود. در این تحقیق پس از مرور مهم ترین شماهای دایورسیتی همکارانه، یک راهبرد همکاری در شبکه های نامتقارن مخابرات بی سیم پیشنهاد شده است که از یک طرف منجر به بهبود عملکرد کلی مخابره ی بی سیم ( در قالب کاهش مجموع توان مصرفی شبکه، بهبود عملکرد خطا و افزایش طول عمر شبکه) در مقایسه با شماهای غیر همکارانه می شود و از طرف دیگر برخی از مشکلات پیاده سازی پروتکل های شناخته شده ی مخابرات همکارانه از جمله سنکرون سازی و کارآیی پایین طیف را ندارد. در شمای پیشنهادی، از ترکیبی از کدگذاری انطباقی و کدگذاری شبکه به منظور دست یابی به دایورسیتی افزایشی در شبکه های نامتقارن مخابرات بی سیم استفاده می شود. به همین دلیل آن را کدگذاری انطباقی شبکه می نامیم. این شیوه از طریق ارسال به صورت tdma، مشکل سنکرون سازی ترمینال ها را حل می کند. همچنین بهره گیری از کدگذاری انطباقی منجر به بهبود کارآیی طیف نسبت به شماهای قدیمی دایورسیتی همکارانه بر اساس tdma می شود. در این تحقیق سعی شده است که ساختار گیرنده برای شیوه ی همکاری پیشنهادی تا جای ممکن ساده باشد. علاوه بر این با تقریب هایی مناسب، عملکرد خطای کدگذاری انطباقی شبکه تحلیل و با نتایج شبیه سازی مقایسه شده است. انطباق نتایج شبیه سازی با نتایج بدست آمده در تحلیل ها، دقت روش پیشنهادی در بهبود عملکرد سیستم را به خوبی نشان می دهد.

بررسی های انجام شده بر روی بخش های مختلف طیف فرکانسی نشان می دهد که بازده ی استفاده از این طیف در بسیاری از بخش های تخصیص یافته پایین است. این در حالی است که با توسعه و رشد روزافزون سیستم های مخابراتی و به ویژه دستگاه های بی سیم، نیاز به دسترسی به منبع محدود طیف فرکانسی افزایش می یابد. این مسئله لزوم بازنگری در رویکرد تخصیص باندهای فرکانسی به صورت ایستا را روشن می سازد. ارایه ی تکنولوژی مخابراتی انعطاف پذیر، هوشمند و قانونی در جهت استفاده ی بهینه از طیف فرکانسی مسیر را برای ظهور و گسترش سیستم های مخابراتی بی سیم هموارتر می سازد. رادیو شناختمند راهکاری مناسب برای بهره برداری بهتر از طیف ارایه می دهد. اولین گام برای استفاده از محدوده ی فرکانسی مورد نظر، تشخیص حضور و یا عدم حضور کاربر دارای مجوز توسط رادیو شناختمند است. بنابراین طیف سنجی به منظور تشخیص آزاد و یا اشغال بودن باند فرکانسی از مهم ترین وظایف یک رادیو شناختمند محسوب می شود. در این پایان نامه به معرفی اجمالی رادیو شناختمند، بررسی روش های گوناگون طیف سنجی و کاربرد های آن پرداخته شده است. همچنین با توجه به اهمیت انتخاب لایه ی فیزیکی مناسب در رادیو شناختمند، لایه های فیزیکی مبتنی بر مدولاسیون چندحاملی مبتنی بر بانک فیلتر(fbmc) و مبتنی بر مالتی پلکس تقسیم فرکانسی متعامد (ofdm) به عنوان نامزد های لایه فیزیکی در جهت کاهش پیچیدگی طیف سنجی مورد بررسی قرار گرفته و با یکدیگر مقایسه شده اند. مقایسه ی عملکرد آشکارسازها (آشکارساز مبتنی بر بانک فیلتر و آشکارساز مبتنی بر تبدیل فوریه ی گسسته) در هر یک از لایه های فیزیکی در دو حالت متفاوت صورت گرفته و برای مقایسه از معیاری به نام سطح زیر منحنی مشخصه ی گیرنده استفاده شده است. در حالت اول کاربر ثانویه ای که وظیفه ی طیف سنجی را بر عهده ندارد، در زمان طیف سنجی هیچ گونه ارسالی انجام نمی دهد (طیف سنجی ساکت). بر مبنای نتایج بدست آمده، در این شرایط عملکرد آشکارسازهای مذکور مشابه است. در حالت دوم کاربر ثانویه ی مذکور در زمان طیف سنجی اجازه ی ارسال در باند مجاور باند فرکانسی کاربر اولیه را دارد (طیف سنجی غیر ساکت). در این حالت آشکارساز مبتنی بر بانک فیلتر کارایی بهتری از خود به نمایش می گذارد. این در حالی است که از لحاظ پیچیدگی محاسباتی، آشکارساز مبتنی بر بانک فیلتر پیچیده تر از آشکارساز مبتنی بر تبدیل فوریه ی گسسته است. بنابراین در انتخاب هر یک از لایه های فیزیکی برای رادیو شناختمند باید مصالحه ای میان پیچیدگی و کارایی آشکارساز صورت گیرد.

افزایش سهم نرم افزار در سیستم های مخابراتی فناوری است که روز به روز در حال گسترش می باشد و از آن به عنوان فناوری «رادیو نرم افزاری» یاد می شود. مزایایی هم چون کاهش هزینه های پیاده سازی ، سهولت اصلاح و به روز رسانی و امکان پشتیبانی از چندین استاندارد بدون نیاز به تغییر سخت افزار، از عوامل گسترش روز افزون این فناوری می باشد. هم چنین رشد چشم گیر توان پردازشی پردازنده ها باعث تسریع عملیاتی شدن این گونه سیستم ها شده است. در پژوهش حاضر سعی شده است با استفاده از روش های نرم افزاری و هم چنین استفاده از سخت افزار مناسب برای دریافت و ارسال سیگنال ها، یک سیستم مخابراتی پیاده سازی شود. با توجه به این که استاندارد gsm بسیار فراگیر و گسترده می باشد و پایانه های ارتباطی آن در دسترس می باشد،این استاندارد به عنوان بستر پیاده سازی انتخاب شده است. سخت افزار مورد استفاده پس از دریافت سیگنال های رادیویی در باند gsm و نمونه برداری، آن ها را به صورت دنباله ای از نمادهای دیجیتال، به حوزه ی نرم افزار ارسال می کند. نرم افزار نوشته شده بر بستر سیستم عامل لینوکس، با دریافت این نمونه ها کلیه عملیات پردازشی لازم برای پیاده سازی شبکه ی gsm ،شامل دمدولاسیون،کدبرداری و روال های تعریف شده در اینترفیس هوایی gsm را بر روی داده ها انجام می دهد. در مسیر ارسال نیز این روال به صورت معکوس انجام می گیرد. به این ترتیب کلیه پردازش های باند پایه توسط نرم افزار صورت می گیرد و می توان سرویس های مختلف ارائه شده در استاندارد را با اجرای نرم افزار مناسب، پیاده سازی نمود. در این سیستم برای سوئچینگ و مدیریت تماس های صوتی از یک سرور voip بر روی کامپیوتر میزبان استفاده شده است. سیستم پیاده شده در واقع یک نقطه ی دسترسی برای gsm می باشد که امکان برقراری مکالمات صوتی پایدار بین مشترکین داخلی را دارا می باشد. هم چنین قابلیت برقرای ارتباط با شبکه های خارجی نیز با استفاده از یک درگاه فراهم شده است. سروری هم برای تبادل پیامک میان مشترکین در نظر گرفته شده است. با استفاده از مفهوم رادیو شناختگر و توابع آن، سازوکاری نیز برای شناختگر شدن سیستم به آن افزوده شده است به این صورت که با انجام عملیات طیف سنجی و اندازه گیری انرژی هر زیرباند، هر کدام که کمترین انرژی را داشت، مورد استفاده قرار می گیرد. تلاشی هم در زمینه ی افزایش مسافت تحت پوشش شبکه با افزودن سخت افزار مناسب انجام شده است. در نهایت می توان گفت این سیستم می تواند به عنوان یک شبکه ی ارتباطی قابل حمل برای مصارف نظامی، امدادی و غیره مورد استفاده قرار گیرد.

مدولاسیون چند حاملی بدلیل مقاومت در برابر پدیده چند مسیرگی کانال بیسیم و تامین نرخ ارسال بالا در دهه ی اخیر مورد توجه طراحان سیستم های بیسیم قرار گرفته است. مدولاسیون ofdm معروفترین و پر کاربرد ترین مدولاسیون چندحاملی است و امروزه شاهد استفاده از این مدولاسیون در بسیاری از استاندارد های مخابراتی هستیم. همچنین این مدولاسیون برای استفاده در سیستم های چندکاربره تعمیم یافته است که با نام ofdma شناخته می شود. از مهمترین کاربرد های ofdma می توان به استاندارد wimax و ارسال فروسوی lte اشاره کرد. در کنار تمام مزیت ها، سیستم های مبتنی بر ofdm همواره با دو چالش روبرو بوده اند. مسئله اول بالا بودن نسبت توان قله به توان متوسط سیگنال (papr) است. این مسئله بویژه در ارسال فراسو باعث کاهش سطح پوشش سلول، تقویت غیر خطی سیگنال و در نتیجه کاهش بازدهی پهنای باند می شود. همچنین papr بالا لازم می دارد در فرستنده ها از تقویت های گران قیمت با رنج دینامیکی بالا استفاده شود. اضافه شدن یک پیش کدگذار تبدیل فوریه گسسته به سیستم ofdma میزان papr را به شدت کاهش می دهد. طرح حاصل sc-fdma نام داشته و میزان papr در آن به نحوه ی اختصاص منابع به کاربران وابسته بوده و در تخصیص درهمنهی شده به حداقل می رسد. به همین جهت در ارسال فراسوی lte برای بهبود مشخصه های توانی سیگنال از sc-fdma استفاده می شود. مشکل دوم سیستم های مبتنی بر ofdma حساسیت به انحراف های فرکانسی یا cfo است. cfo بر اثر عدم انطباق اسیلاتور های گیرنده و فرستنده و همچنین اثر داپلر ایجاد شده و امکان حذف کامل به علت خطا های همزمانسازی در کانال های متغیر با زمان وجود ندارد. اثر cfo در سیگنال ofdm به صورت تداخل بین زیرحامل ها ظاهر می شود. این مسئله بویژه در ارسال فراسو به علت تفاوت انحراف های فرکانسی کاربران مختلف موجب تداخل های بین کاربری شده و عملکرد سیستم را به شدت تحت تاثیر قرار می دهد. روش های مختلفی برای جبران cfo در سیستم های ofdma و sc-fdma پیشنهاد شده است که مشکل مشترک آنها پیچیدگی محاسباتی بسیار بالا است. در این پایان نامه بر مسئله انحراف فرکانسی در سیستم sc-fdma تمرکز شده و انواع روش های جبران cfo معرفی و با یکدیگر مقایسه شده اند. سپس سیستم sc-fdma با تخصیص درهمنهی که دارای پایین ترین papr و بالاترین چندگانگی فرکانسی است مد نظر قرار گرفته و روشی برای جبران انحراف فرکانسی در این سیستم پیشنهاد شده است. روش ارائه شده جبران انحراف فرکانسی را با هدف بیشینه کردن نسبت متوسط توان سیگنال به متوسط توان تداخل یا sir انجام می دهد. همچنین برای بهبود کارایی روش، یک الگوریتم ساده برای حذف تداخل بین کاربری پیشنهاد شده است. تکنیک پیشنهادی کارایی مناسب را با پیچیدگی محاسباتی بسیار پایین فراهم کرده است. همچنین این روش علیرغم اکثر روش های جبران انحراف فرکانسی در سیستم های فاقد کنترل توان پایداری نسبتا خوبی دارد.

نسل آینده سیستم های مخابرات بی سیم به منظور پاسخ گویی به خدمات نرخ داده بالا و متنوع مانند انتقال صدا، ویدئو و غیره طراحی شده است که مصرف انرژی بالایی را ایجاد می کند. به دلیل منابع باتری محدود شده در پایانه های تلفن همراه و نیز هزینه عملیاتی بالای مصرف انرژی در ایستگاه های پایه، ضرورت ذخیره سازی انرژی و رسیدن به بازدهی انرژی بالا در نسل آینده شبکه های بی سیم ضروری است. تاکنون تلاش های زیادی برای رسیدن به بازده طیفی بالا در شبکه های بی سیم صورت گرفته است. ولی، بازدهی طیفی بالا، لزوما بازدهی انرژی بالا را نتیجه نمی دهد. بنابراین، طراحی سیستم های انرژی کارآمد در سال های اخیر توجه زیادی را به خود جلب کرده است. همچنین، طراحی انرژی کارآمد در شبکه های ofdma اخیرا مورد توجه زیادی قرار گرفته است. فن آوری ofdma یک حالت چند کاربره طرح ofdm است که یک فن آوری رایج برای ارسال اطلاعات با سرعت بالا در یک محیط بی سیم چند مسیره است. تخصیص منابع در شبکه های ofdma به معنی استفاده از منابع فرکانس و توان به صورت بهینه است. در این پایان نامه، پس از فرمول بندی مسأله تخصیص کارآمد منابع انرژی برای شبکه های ofdma در مسیر فروسو، تخصیص منابع با استفاده از الگوریتم mdsa که تخصیص توان را با استفاده از الگوریتم bpa انجام می دهد، بررسی می شود. سپس، تخصیص توان بهینه با استفاده از دو روش پیشنهادی به جای استفاده از الگوریتم bpa بدست می آید. در تخصیص منابع با استفاده از این دو روش، از گام تخصیص زیر حامل مشابه با الگوریتم mdsa استفاده می شود، ولی در مرحله تخصیص توان به ترتیب از الگوریتم ژنتیک و یک روش برنامه ریزی غیر خطی (روش برنامه ریزی درجه دوم دنباله ای یا sqp) به جای روش bpa استفاده می شود. نتایج بدست آمده، عملکرد ضعیف الگوریتم ژنتیک را نشان داد. همچنین، روش sqp مقادیر بازدهی انرژی بالاتری در مقایسه با روش bpa بدست آورد. به علاوه، برای مقایسه پیچیدگی محاسباتی روش های بکار گرفته شده، زمان شبیه سازی روش های مختلف مقایسه شده و مشاهده شد که روش sqp نسبت به روش bpa از پیچیدگی محاسباتی کمتری برخوردار است .

نسل جدید شبکه های بی سیم بایستی خدمات بسیار متنوعی از جمله ارائه اینترنت در همه جا و همه وقت با حداکثر سرعت، مکالمه های تصویری با کیفیت بالا و.... را برای کاربران خود فراهم آورند. این خدمات جدید و رو به افزایش نیاز به نرخ ارسال های بسیار بالا دارند. نیاز به نرخ ارسال های بالا از طرفی و تعداد بسیار زیاد کاربران شبکه های بی سیم از طرف دیگر باعث شده تا ارائه ی این خدمات نیاز به انرژی بسیار زیادی داشته باشد. با توجه به محدودیت منابع انرژی در سطح زمین و هم چنین قیمت بسیار بالای آن، کارشناسان شبکه های مخابرات بی سیم در سال های اخیر توجه بسیار زیادی به بهینه کردن مصرف انرژی در این شبکه ها داشته اند. از طرفی ارائه ی این خدمات در سیستم های موبایل غالباً مستلزم استفاده از باتری به عنوان منبع تامین انرژی است و برای یک سیستم مبتنی بر باتری میزان انرژی مصرفی و در تتیجه عمر باتری بسیار پر اهمیت است. مخابرات سبز به عنوان یک پروژه ی جامع در تمامی سطوح شبکه، هدف خود را مساله ی بازده انرژی در سیستم های مخابراتی قرار داده است. بازده انرژی مفهومی است که نیاز به یک تعریف دقیق وهمه جانبه دارد. در فصل های اولیه ی این پایان نامه ابتدا به تعریف دقیق بازده انرژی پرداخته خواهد شد و نحوه ی مدل کردن انرژی مدار های داخلی تجهیزات سیستم در مدل مصرف انرژی نیز بیان خواهد شد. سپس به معرفی فناوری هایی که می توانند بازده انرژی سیستم را ارتقا دهند پرداخته می شود و به اختصار در مورد آن ها بحث خواهد شد. یکی از گزینه هایی که می تواند به بهبود بازده انرژی در شبکه های مخابراتی کمک کند، مخابرات همکارانه با استفاده از رله می باشد. رله وسیله ای است که با ایجاد چندگانگی فضایی می تواند تحت شرایطی پوشش و بازده طیفی شبکه را افزایش دهد. اما هنوز معلوم نیست که با توجه به تعریف جدید بازده انرژی (لحاظ کردن انرژی مدار های داخلی ادوات) استفاده از رله منجر به بهبود بازده انرژی خواهد شد یا خیر. در این پایان نامه بازده انرژی سیستم های مبتنی بر رله مورد تحلیل قرار می گیرند. بازده انرژی استراتژی های ارسال به کمک رله ی یک مسیره و دومسیره ی af با استراتژی های ارسال به کمک رله ی یک مسیره و دومسیره ی df مقایسه می شوند. برای استراتژی ارسال به کمک رله ی دو مسیره ی df سه حالت کدگذاری متفاوت در نظر گرفته می شود و مسئله برای هر حالت به صورت جداگانه حل خواهد شد. لازم به ذکر است که همه ی نتایج و مقایسه ها با فرض کامل و در دسترس بودن وضعیت همه ی کانال ها انجام می شوند. به کمک تحلیل های ریاضی و شبیه سازی ها نشان داده می شود که در هر بازده طیفی کدام استراتژی بازده انرژی بالاتری خواهد داشت. تحلیل ها نشان می دهند که در بازده طیفی های پایین استراتژی های ارسال به کمک رله ی یک مسیره و دو مسیره ی df بازده انرژی بهتری نسبت به روش های مشابه توسط رله ی af خواهند داشت. اما این موضوع در مورد بازده طیفی های بالا صادق نیست. هم چنین نشان داده می شود که در بازده طیفی های متفاوت شبکه الزاماً همه ی استراتژی های ارسال به کمک رله باعث بهبود بازده انرژی سیستم نخواهند شد. در قسمت شبیه سازی نمودار بازده انرژی استراتژی های متفاوت برحسب بازده طیفی به دست می آید و تاثیر شرایط متفاوت کانال، انرژی های مدار متفاوت و مکان های متفاوت رله بر این نمودار مورد بررسی قرار می گیرد.

شبکه های حسگر بیسیم (wsns) از تعداد زیادی گره های حسگر بیسیم توزیع شده با باتری با توان محدود و قیمت کم و به صورت شبکه ای تشکیل شده اند که به طور مشترک بر شرایط محیطی یا فیزیکی مانند دما، صدا، لرزش، فشار و حرکت در مکان های مختلف نظارت می کنند. ارتباط این گره ها با استفاده از کانال بیسیم صورت می پذیرد. از چالش های مهم در شبکه های حسگر موضوع مصرف انرژی و قابلیت اطمینان بسته های منتقل شده باتوجه به ویژگی کانال بیسیم است. یک بسته ممکن است بنابه دلایل مختلفی از جمله تصادم بسته، شرایط بد کانال و ... به صورت موفقیت آمیز در مقصد دریافت نشود. برای افزایش قابلیت اطمینان روش های مختلفی استفاده می شود، روش معمول برای افزایش قابلیت اطمینان در شبکه های حسگر استفاده از طرح های کنترل خطا است. هدف از این پایان نامه ارائه یک طرح به منظور بهبود کنترل خطا و انرژی برای شبکه های حسگر بیسیم است. در این روش پیشنهادی جهت بهبود کنترل خطا در شبکه های حسگر بیسیم از مسیرهای جایگزین استفاده می شود، برای هر لینکی سعی می شود یک مسیر جایگزین بهتر پیدا شود که در صورت خرابی لینک از این مسیر استفاده شود. در این پایان نامه یک فلوچارت جهت پیدا کردن گره های واسطه پیشنهاد و بررسی شده است، و همچنین روش هایی جهت کنترل خطا با استفاده از گره های واسطه پیشنهاد شده است. شبیه سازی ها نشان می دهند که طرح کدینگ کانال بااستفاده از مسیرهای جایگزین(arq-r, harq-r) از نظر تعداد ارسال های مجدد نسبت به دو طرح قبلی(arq, harq) عملکرد بهتری دارند و طرح harq-rاز بقیه بهتر عمل می کند، همچنین با افزایش snr، مصرف انرژی بیشتر کاهش می یابد. نشان داده می شود، هرچه طول بسته افزایش می یابد، تعداد ارسال های مجدد برای دریافت موفقیت آمیز یک بسته نیز افزایش می یابد. به عنوان یک نتیجه، برای ارسال بهتر بسته های با طول بزرگ می توان آنها را به بسته های با طول کوچکتر شکست و ارسال کرد. برای اینکه روش به حداقل تعداد ارسال های مجدد با کمترین مصرف انرژی منجر شود، به ازای هر snr یک نرخ کد برای طرح کدینگ harq بدست آمده،که این نرخ کد نسبت به طرح های کدینگ قبلی کاهش چشمگیری داشته است.

در این پایان نامه ضمن معرفی سیستم های sc-fdma، حساسیّت این سیستم ها نسبت به انحراف فرکانسی مطالعه شده و با سیستم-های ofdma از این لحاظ مقایسه می شوند. با توجه به تحقیقات اندکی که پیرامون این زمینه صورت گرفته است سعی می شود تحلیلی دقیق و تا حد امکان ساده و روشن ارائه شده و کاستی های کارهای موجود در این زمینه مرتفع شود. به این منظور برای محاسبه sir در سیستم های ofdma و sc-fdma از اصل جمع آثار روی کاربران مختلف استفاده می شود و برای سیگنال مطلوب و تداخل های ناشی از انحراف فرکانسی عبارات ریاضی بسته ای استخراج می شود. همچنِین نشان داده می شود این عبارات در تخصیص درهم نهاده زیرحامل ها برای هر دو سیستم مزبور به شکل های بسیار ساده ای در می آیند. سپس تحلیل های تئوری با انجام شبیه سازی های کامپیوتری مورد ارزیابی قرار می گیرند. همچنین روش های مهم تصحیح انحراف فرکانسی در سیستم های مذکور مرور می شوند.

درسال های اخیر پیشرفت مخابرات بی سیم بسیار چشمگیر بوده است. در این بین پیشرفت شبکه های رله ای بی سیم با هدف افزایش نرخ ارسال و افزایش سرعت تبادل اطلاعات بیش از پیش بوده است. یکی از روش های نوظهور در تکنیک های مخابرات رله یی بی سیم، کدگذاری لایه فیزیکی شبکه است. کدگذاری لایه فیزیکی شبکه با بکار بردن خاصیت ترکیب امواج الکترومغناطیس، ارسال هم زمان دو پایانه به سمت رله را ممکن ساخته است. رله پایانه واسطی است که اطلاعات فرستنده ها را به گیرنده مورد نظر مخابره می کند. ارسال هم زمان دو پایانه به سمت رله می تواند منجر به بروز ابهام در آشکارسازی شود. به حذف ابهام در سیگنال دریافتی رله و تبدیل به پیام های دو فرستنده در کدگذاری لایه فیزیکی شبکه نگاشت گفته می شود. پس از رفع ابهام از سیگنال دریافتی، رله بوسیله نگاشت، پیام جدید و قابل فهم برای گیرنده را تولید و ارسال می نماید. نگاشت سیگنال ورودی رله به سیگنال بدون ابهام جهت ارسال دوباره مهمترین چالش در کدگذاری لایه فیزیکی شبکه است. نگاشت صحیح سیگنال های ارسال شده در کدگذاری لایه فیزیکی شبکه، منجر به بهبود پارامتر های سیستم های مخابراتی از جمله نرخ ارسال و قابلیت اطمینان شده است. در این پایان نامه با ارائه روش تلفیقی مدولاسیون msk و نگاشت به بررسی حذف ابهام پرداخته شده است. به دلیل وجود توابع متعامد سینوس و کسینوس در مولفه های هم فاز و متعامد سیگنال باند پایه مدولاسیون msk، بکار بردن این مدولاسیون در کدگذاری لایه فیزیکی شبکه منجر به آشکارسازی جداگانه پیام های دو پایانه فرستنده در رله می شود. حذف اثرات تضعیف کانال های دو پایانه بدون نیاز به انجام محاسبات اضافه در رله و وفق پذیری با شرایط کانال ها و سادگی در پیاده سازی از جمله مزایای روش نگاشت ارائه شده در این پایان نامه بشمار می رود. کدگذاری لایه فیزیکی شبکه عمدتا در کانال های بی سیم دو راهه بررسی شده است. با توجه به افزایش تعداد پایانه ها درسیستم های مخابراتی امروزی و تسریع در زمان ارسال و دریافت پیام بوسیله کدگذاری لایه فیزیکی شبکه، در این پایان نامه امکان بکار بردن این روش در شبکه های رله ای با تعداد دو فرستنده و دو گیرنده نیز بررسی شده است. شبیه سازی ها نشان می دهد روش ارائه شده در این پایان نامه نرخ خطای بیت را نسبت به روش های گذشته بهبود بخشیده است. همچنین به دلیل قابلیت وفق پذیری با شرایط کانال این روش نسبت به روش های گذشته عملکرد بهتری از خود نشان می دهد.