چکیده از مهم ترین مشکلات بر سر راه شبکه های بی سیم، وجود تداخل و در نتیجه پایین بودن بازده طیفی در این سیستم هاست. برای بالا بردن بازده طیفی کاربرها باید به کانال های متعامد دسترسی داشته باشند، اما این مهم همواره مهیا نمی باشد. سوال اصلی در این جا این است که آیا می شود با ارائه روش هایی بدون داشتن کانال های متعامد به بازده طیفی بالاتری دست یافت. بر مبنای آخرین نتایج تحقیقاتی، با همکاری بین ایستگاه های پایه می توان به این خواسته مهم دست یافت. غلبه بر این مشکل با استفاده از همکاری ایستگاه های پایه تا حد زیادی به این برمی گردد که لینک بک هال (بک هال مسیری است که هر یک از ایستگاه های پایه را به پردازشگر اصلی یا دیگر ایستگاه های پایه متصل می کند) دارای خطای محدود و ظرفیت نامحدود باشد. همکاری بین ایستگاه های پایه توسط عواملی از قبیل محدودیت در ظرفیت مسیر بازگشتی، ارتباط پذیری محلی، پیچیدگی پردازش، تاخیر و اطلاعات ناقص از کانال تحت تاثیر قرار می گیرد. حجم محاسبات مورد نیاز هنگامی که کانال دارای فیدینگ سریع باشد و تعداد آنتن های ایستگاه های پایه و کاربرها زیاد باشد بطور قابل ملاحظه ای افزایش پیدا می کند. اما سوالی که در این جا مطرح است این است که چه تعداد از ایستگاه های پایه همکار بهینه است. درست است که هر چه تعداد این ایستگاه های پایه همکار زیاد باشد عملکرد سیستم بهبود می یابد اما به نوبه خود باعث پیچیدگی سیستم می شود. در این پایان نامه قصد داریم تا با مروری بر مخابرات همکاری گرایانه، و پیدا کردن تعداد بهینه ی این همکاری روش هایی را برای بالا بردن نرخ قابل حصول در شبکه ارگادیک مطرح نماییم.

در گذشته تنها از سیستم های مبتنی بر کلمه عبور جهت تشخیص سندیت استفاده می شد، که شامل ورود کلمه عبوری به سیستم، جهت اجازه راه یابی به آن بود. امروزه علاوه بر کلمه عبور ، در برخی از سیستم های کنترل دسترسی از بیومتریک ها نیز استفاده می شود. بیومتریک ها شامل ویژگی های رفتاری یا فیزیکی افراد میباشد. این ویژگی ها در همه افراد وجود دارد، اما در هر شخص، مخصوص به همان فرد است. بدین معنا که در هیچ دو فرد مختلفی یکسان نیست. اثر انگشت، کف دست، عنبیه، یا ویژگی های رفتاری مثل راه رفتن و دست خط، از جمله بیومتریک های مورد استفاده در مساله سندیت می باشند. مزیت بیومتریک ها نسبت به پسوردها، در عدم امکان گم شدن یا فراموش شدن آنهاست. همچنین نمی توان آنها را از طریق مهندسی اجتماعی حدس زد. اما مشکلی که در استفاده از آنها وجود دارد، تغییر آنها به مرور زمان است. این امر موجب ایجاد تفاوت بین بیومتریک به دست آمده از یک فرد، با بیومتریک ثبت نام شده از همان فرد، می شود. این اختلافات سبب می گردد که نتوان بیومتریک ها را مانند کلمات عبور، توسط توابع در هم ساز رمز کرد. زیرا تغییر کوچکی در ورودی این توابع، منجر به تغییرات بزرگی در خروجی می شود. بنابراین بایستی از روشی دیگر برای حل این مشکل استفاده کرد. داویدا ، فرانکل و مت ، در سال 1998 ، برای اواین بار راه حلی برای ذخیره امن بیومتریک ها ارائه دادند. روش بیان شده توسط این افراد، از تئوری کدینگ کمک می گرفت. پس از آن کار بر روی استفاده از کدهای تصحیح خطا برای کد کردن داده های بیومتریک و ذخیره امن آنها ادامه یافت. طرح ارائه شده از این افراد در ادامه توسط جویل و واتنبرگ ، با معرفی روشی متفاوت در استفاده از کدهای تصحیح خطا، توسعه بخشیده شد. در بررسی سندیت داده های بیومتریک، دو رشته تصادفی (ثبت نام و تست) داریم، که متغیر های تصادفی وابسته را دارا می باشند، و برای توافق بر روی رمزی به اشتراک گذاشته شده، تلاش می کنند. یکی از راه حل هایی که برای ذخیره امن بیومتریک ها پیشنهاد شده است، کدینگ تصحیح خطا در قالب اسلپیان-ولف ، و استفاده از کد ldpc می باشد. ظرفیت تصحیح خطای کدهای کانال، می تواند بر اختلاف بین دو رشته به دست آمده از بیومتریک یکسان، در اندازه گیری های متفاوت، غلبه کند. بیت های چک کننده در کد تصحیح خطا مانند توابع در هم ساز عمل می کنند، به طوریکه نمی توان از روی انها بیومتریک اصلی را بازسازی کرد. آنچه در اینجا مورد بحث قرار می گیرد، استخراج ویژگی برای سیستم اسلپیان-ولف اثر انگشت می باشد. به صورتی که بتوان وابستگی بین رشته بیت های ثبت نام و تست را با کانال متقارن باینری ، مدل کرد. در استخراج ویژگی انجام گرفته به روش پیشنهادی، مرحله تنظیم حذف می شود، و بنابراین به عملی شدن پیاده سازی این روش ها کمک قابل توجهی می کند. پایان نامه شامل شش فصل می باشد: در فصل دوم توضیحاتی کلی در رابطه با ذخیره امن بیومتریک ها داده شده است. در فصل سوم مطالبی برای آشنایی با کدینگ اسلپیان-ولف و کدهای ldpc بیان شده است. فصل چهارم به بررسی سیستم امن اسلپین ولف استفاده کننده از سندروم ها اختصاص یافته است. فصل پنجم مروری بر روش های مورد استفاده برای استخراج ویژگی در کارهای پیشین دارد. در فصل ششم روش پیشنهادی برای استخراج ویژگی با حذف مرحله تنظیم را شرح داده، و نتایج تجربی به دست آمده از شبیه سازی ها آورده شده است. در انتها در فصل هفتم نتیجه گیری و پیشنهادات بیان شده اند.

در مجموعه پیش رو با کانال رله بی سیم و مطالعات انجام شده در ارتباط با آن آشنا می شویم. در ابتدا تعریف کانال و ظرفیت کانال را بیان می کنیم سپس چند نمونه از کانال های مخابراتی را معرفی می نماییم. در فصل دوم به سراغ کانال رله می رویم و با حالت های خاص کانال رله آشنا شده و در نهایت کانال رله عمومی را تعریف می کنیم. در فصل سوم به سراغ کانال رله بی سیم می رویم.کانال رله بی سیم در حالت گوسی را معرفی کرده و ظرفیت بدست آمده برای آن را بیان می کنیم.در ادامه به سراغ کانال رله بی سیم با ضرایب فیدینگ می رویم و با قسمتی از کارهای انجام شده در مورد کانال رله بی سیم از جمله استراتژی های مورد استفاده در آن، چگونگی کم کردن احتمال خطا با رله، تخصیص توان، بافرگذاری در کانال رله بی سیم، تخمین اطلاعات حالت کانال، مخابره با رله یا بدون آن، می نیمم کردن انرژی با رله و انتخاب بهترین رله از بین یک مجموعه رله آشنا می شویم.

تقاضای فزاینده برای خدمات بی سیم، اهمیت استفاده موثر از منابع توان و پهنای باند را در مخابرات بیشتر کرده است. همانطور که می دانیم بر طبق قضیه شانون، ظرفیت تقریباً به صورت خطی با پهنای باند رشد پیدا کرده و در مقابل به صورت لگاریتمی با افزایش سیگنال به نویز افزایش می یابد و بنابراین ظرفیت رادیویی با افزایش پهنای باند می تواند سریعتر از افزایش سیگنال به نویز بالا رود. در صورت استفاده از پهنای باند زیاد، برای جلوگیری از تداخل فرکانسی با سیستم های باند باریک، توان ارسالی مجاز باید محدود گردد. از این روی سیستم های فراپهن باند به تکنیک هایی برای تضمین کیفیت ارائه حجم بالای اطلاعات ارسالی خود و گسترش محدوده تحت پوشش نیاز دارند که استفاده از تنوع از جمله آن ها است. یکی از انواع تنوع که اخیراً مورد توجه قرار گرفته است استفاده از شبکه های مشارکتی است که در آنها کاربران مختلف منابع خود را با هم به اشتراک می گذارند و یا به همکاری با یکدیگر می پردازند. وقتی امکان استفاده از دو آنتن به فاصله حداقل نصف طول موج در یک گره امکان پذیر نمی باشد، این روش ها نقش ایجاد تنوع فضایی را دارند. در این پایان نامه ساختار پایه ای شبکه های مشارکتی یعنی کانال رله با لینک های فراپهن باند، از نظر ظرفیت و تنوع مورد بررسی قرار می گیرد. ابتدا کران پایین عمومی با استفاده از روش کدگشایی و گسیل پاره ای و کران بالای بیشترین جریان- کمترین برش برای کانال رله فراپهن باند به دست آورده شده و سپس با انطباق کران بالا و کران پایین در دو حالت خاص که با انتخاب ضرایب همبستگی بین نویزهای رله و گیرنده متناظر با کانال رله نازل و نازل معکوس به دست می آید، ظرفیت این کانال ها تعیین می گردد. در ادامه بررسی احتمال وقفه و تنوع با استفاده از کران های ظرفیت به دست آمده ارائه خواهد شد.

کانال رله مهم ترین واحد ساختاری شبکه های بی سیم است و رله کردن به عنوان یک راهبرد ارسال اطلاعات‏ می تواند منجر به افزایش نرخ‏، افزایش ناحیه تحت پوشش و تسهیل ارسال اطلاعات در این گونه شبکه ها شود. از سوی دیگر استفاده از چند آنتن در فرستنده و گیرنده به عنوان یک روش موثر برای مقابله با فیدینگ و افزایش نرخ مطرح شده است. با توجه به مزایای استفاده از رله و سیستم‏ های چندآنتنی، در این پایان نامه ما کانال رله چند آنتنی را ‏مطالعه می کنیم و به بررسی کران های ظرفیت و تخصیص توان و ناحیه تحت پوشش این کانال می پردازیم. بدین منظور با ترکیب نتایج موجود برای کانال های تک کاربره چند آنتنی و کران های ظرفیت کانال رله تک آنتنی، کران های بالا و پایین روی ظرفیت این کانال را ارزیابی می کنیم. سپس کران های ظرفیت به د‎‎ست آمده برای این کانال را تحت دو سناریوی مختلف از نقطه نظر اطلاعات حالت کانال بررسی نموده و شرایط لازم جهت همگرایی کران های ظرفیت و رسیدن به ظرفیت ارگادیک را به دست می آوریم. همچنین کران های ظرفیت را در دو حالت معلوم بودن و معلوم نبودن اطلاعات حالت کانال در فرستنده با یکدیگر مقایسه نموده و نشان خواهیم داد که تحت شرایط خاصی افت ظرفیت ناشی از معلوم نبودن اطلاعات حالت کانال در فرستنده قابل جبران می باشد. در ادامه روابطی به فرم بسته جهت محاسبه کران های ظرفیت برای حالتی که اطلاعات حالت کانال تنها در مقصد و رله معلوم است‏، ارائه نموده و روشی جدید جهت تخصیص توان ارسالی بین مبدأ و رله ‎‎‏پیشنهاد می کنیم. نهایتاً با تعریف ناحیه تحت پوشش و در نظر گرفتن یک نرخ ارسال ثابت‏، روابطی تحلیلی جهت محاسبه موقعیت بهینه رله می یابیم.

در این جا هدف بدست آوردن ظرفیت کانال دیلیشن باینری (bdc) می باشد که در آن هر بیت مستقلا با احتمال d حذف می شود. جهت نزدیک کردن حد بالا و پایین ظرفیت سعی می شود تا حد خوبی برای (bdc) ارائه شود. کانال دیلیشن حالت خاص و شاید مدل ساده شده کانال با خطاهای سنکرونیزاسیون می باشد. اخیرا هم اکثر کارها متمرکز بر روی حالتی هستند که تعداد محدودی از خطاهای سنکرونیزاسیون وجود دارد. خطای سنکرونیزاسیون خطایی ست که در آن یک بیت از رشته حذف می شود و یا یک بیت که به رشته تعلق ندارد به آن اضافه می شود. در هر دو حالت بقیه بیت ها بدون تغییر باقی می مانند و به ترتیب به سمت چپ یا راست شیفت پیدا می کنند.

کانال های نوری فضای آزاد، خطوط ارتباطی امن، سریع و به صرفه ای را برای مخابرات بی سیم فراهم می کنند و از این جهت حائز اهمیت هستند. در این پایان نامه به بررسی ظرفیت این کانال ها می پردازیم. این کانال ها از مدولاسیون شدت نور با آشکارسازی مستقیم استفاده می کنند، به همین جهت کلیه ی سیگنال های ارسالی باید غیرمنفی باشند. علاوه بر این، به دلیل استانداردهای ایمنی چشم و محدودیت های فیزیکی کانال توان پیک و متوسط ورودی باید محدود شود. توزیع ورودی نزدیک به ظرفیت تحت محدودیت توان پیک ومتوسط به صورت گسسته و با تعداد محدود نقاط جرم احتمال در می آید. به دست آوردن این توزیع های گسسته و در نتیجه ظرفیت کانال نیاز به بهینه سازی های غیرخطی پیچیده دارد. به همین جهت برای ظرفیت این کانال ها کران-های بالا و پایین مطرح می شود. در این پایان نامه تکنیک های مختلف برای به دست آوردن این کران ها مورد بررسی قرار می گیرد. در هر کدام از این تکنیک ها هدف این است که از راه های ساده تر به کران های نزدیک تر به ظرفیت کانال برسیم. ما با استفاده از یک نامساوی ساده ی ریاضی، یک کران بالای جدید برای ظرفیت کانال های نوری فضای آزاد با نویز گوسی مستقل از سیگنال ورودی به دست می آوریم. کران بالای ما فرم جبری ساده ای دارد. نتایج این کار شبیه سازی شده، کران بالای به دست آمده رسم شده و با کارهای دیگر مقایسه می شود. علاوه بر این با استفاده از یک نامساوی ریاضی دیگر، کران بالای جدیدی برای ظرفیت کانال های نوری فضای آزاد با نویز گوسی وابسته به سیگنال ورودی به دست می آوریم. در این کار با تقریب هایی، توزیع ورودی بهینه از طریق یک معادله ی درجه ی سه به دست آمده و نتایج عددی این توزیع ها با کارهای دیگر مقایسه می-شود.

سامانه های مخابراتی نوری بی سیم، توانایی بالقوه ای برای ارتباط مخابراتی امن با نرخ بالا دارند. برای طراحی مطمئن ارتباط مخابراتی با کارکرد خوب، لازم است مشخصات آن را از دیدگاه تئوری اطلاعاتی بررسی کنیم. در کانال های مخابراتی امکان ارسال اطلاعات با محدودیتهایی همراه است. هنگام تعیین ظرفیت کانال، باید محدودیتهای سیگنال ورودی در نظر گرفته شود. این پایان نامه با بهره گیری از نامساوی های ساده ریاضی، روش ساده ای را برای یافتن کران بالا و پایین برای ظرفیت کانال نوری فضای آزاد با محدودیت توان متوسط و توان پیک پیشنهاد می کند. در این پایان نامه پنج نامساوی ریاضی پیشنهاد شده است که برای یافتن کران سودمند هستند. نخست برای حالت همدوس، دو کران بالا و یک کران پایین برای ظرفیت کانال نوری فضای آزاد با نویز گوسی مستقل از ورودی به دست آمده است. نتایج شبیه سازی نشان می دهند که کران بالا و پایین یافت شده به ترتیب در سیگنال به نویز های پایین و بالا کارکرد خوبی دارند. سپس کانال با نویز گوسی وابسته به ورودی را بررسی کردیم و با نامساوی ساده ریاضی دیگری، کران بالایی برای ظرفیت کانال یافتیم. در پایان، کانال با نویز نمایی جمع شونده در دوحالت نویز مستقل از ورودی و نویز وابسته به ورودی با محدودیت توان متوسط و توان پیک آنالیز شده است. در حالت نویز وابسته به ورودی با بهره گیری از دو نامساوی ساده ریاضی دیگر کران بالا و پایین برای ظرفیت کانال به-دست آوردیم. با تحلیل ریاضی ثابت می شود که کران های یافت شده در سیگنال به نویزهای پایین کارکرد بهتری دارند.

بسیاری از کارهای صورت گرفته در حوزه شبکه های بی سیم، مبتنی بر مدل های ساده ای از انتشار امواج است در حالیکه بسیاری از این مدل های ساده، ممکن است رفتارهای ساده و خطی از این شبکه را تخمین بزند ولی این تخمین برای شبکه های بی سیم بسیار غیر دقیق و همراه با خطاست. از این جهت بسیاری از تحقیقات به سمت ارائه مدلهای سوق پیدا کرده است که نزدیک به شرایط عملیاتی شبکه بی سیم باشد. یکی از روشهایی که در حال حاضر برای پیش بینی رفتار شبکه در شرایط ساختار و پیکربندی های متفاوت وجود دارد اندازه گیری مستقیم شاخص های مورد نظر در شبکه (مانند راندمان، ظرفیت و . . . ) است. در واقع بسیاری از تحقیقات تجربی نیز نتایج خود را با توجه به این اندازه گیریها می سنجند. اما تنها اندازه گیری صرف، کافی نیست. چون این معیار، توانایی پیش بینی شبکه با ساختارهای مختلف را ندارد. یعنی اگر به ازای یک ساختار معینی از شبکه، بتوانیم با دقت رفتار شبکه را پیش بینی کنیم در عین حال توانایی پیش بینی عملکرد شبکه با ساختار دیگر را نداریم. برای بهینه سازی عملکرد و کارایی یک شبکه نیاز است که اغلب بتوان عملکرد بسیاری از شبکه های دیگر را نیز تخمین بزنیم. چون اندازه گیری رفتار شبکه های بی سیم (ظرفیت شبکه، نرخ انتقال داده و ... ) با ساختار، توپولوژی و مشخصات امکان پذیر نیست و بایستی مدلی ارائه کرد که بتواند رفتار هر شبکه بی سیم را با هر مشخصاتی که دارد را پیش بینی کند. مطالعات اخیر در شبکه های بی سیم ادهاک منجر به پیشرفتهای زیادی در مبحث مدلسازی تداخل شده است. خصوصیات ذاتی اینگونه شبکه ها در سیستمهای بی سیم دیگر وجود ندارند که همین امر به کارگیری مدلهای تداخلی مناسبی را که قادر به کنترل این گونه خصوصیات باشند را ایجاب می کنند. به عنوان مثال، یک شبکه ی ادهاک ممکن است از صدها ترمینال که بر روی یک ناحیه ی بزرگ گسترده شده اند و از یک کانال (شبکه ی تک کاناله) استفاده می کنند تشکیل شده باشد .در نتیجه این ترمینال ها به هنگام ارسال همزمان می توانند بر روی یکدیگر تداخل ایجاد کنند. در این حالت خصوصیات آماری تداخل ممکن است با تداخلهایی که در سیستمهایی بی سیم (مثل سیستمهای سلولی) دیده می شوند، متفاوت باشد علاوه بر این نبود یک هماهنگی و طبیعت توزیعی بودن وظایف چندگانه شبکه (به عنوان مثال، کنترل با دسترسی رسانه، مسیریابی و کنترل توپولوژی) این خصوصیات ذاتی شبکه های بی سیم باعث توسعه ی مدلهای تداخلی مناسب برای این گونه شبکه ها گردیده است. در واقع، مدلهای تداخلی بی شماری (کاربردها و سطح جزییات گوناگون) در منابع مختلف وجود دارند که ممکن است باعث سردرگمی محققان و مهندسین در پیداکردن مدلهای مناسب برای کاربردهایی خاص شوند. ولی در تداخل دو رویکرد وجود دارد. مدل های ارائه شده می توانند ساده و قابل فهم تر باشند و از لحاظ پیاده سازی آسان باشند یا می توانند پیچیده و به واقعیت نزدیکتر بوده و تمام جزئیات را دربر بگیرند. کار بسیاری روی مدل کردن تداخل انجام شده است. بعضی از آنها که مدل های ساده ای نیز هستند دارای رنج مخابراتی ثابت و رنج تداخل ثابتی می باشند. مدل حد آستانه تسخیر یک مدل نسبتاً ساده برای شبیه سازی کانال تداخل می باشد. در مقابل این مدل های ساده، مدل تداخل جمع شونده که براساس sinr می باشد وجود دارد که یک مدل جامع و کامل برای کانال های تداخلی می باشد. یکی از مولفه های تاثیر گذار در انتخاب مدل، نوع شبکه مخابراتی بی سیم است. بسته به نوع شبکه ثابت یا موبایل و اینکه شبکه مش ، adhoc ، نوع مدل تداخلی انتخابی متفاوت است. البته قبلا روش ارزیابی شبکه بر پایه سنجش شبکه استوار بود ولی همانطور که گفته شد نوع شبکه در انتخاب مدل تاثیر گذار است. از منظرهای مختلف می توان در طراحی و انتخاب مدل نگریست. از نقطه نظر آماری، مدلهای تداخل بسته به نحوه قرارگیری گره های شبکه را با توزیع های پواسون و –?پایدار را مدل کردیم. از نقطه نظر مخابراتی ، مدلهای آسیب پذیر دایروی ، مدل تصادم و مدل تسخیر توان معرفی شدند. در دسته مدل تاثیر تداخل مدل پروتکل و فیزیکی بررسی شده اند و درنهایت از منظر گرافیکی، مدلهای گرافیکی نیز در دسته نهایی است.

با توجه به گسترش روزافزون سیستم های مخابرات بی سیم، نیاز به امکان انتقال اطلاعات با سرعت بالا و ناحیه تحت پوشش وسیع از اهمیت ویژه ای برخوردار است. در این راستا، به کارگیری رله می تواند در کاربردهائی همچون لینک بالا سو در شبکه های سنسور و شبکه های بی سیم کمک نماید. یکی از مشخصه های مهم رله، راهبرد استفاده شده در رله است. در راهبرد کدبردار و گسیل، رله بخشی یا تمام پیام ارسالی از فرستنده ها را کدبرداری می کند و مجدداً سیگنال را کد کرده و ارسال می نماید. این راهبرد برای رله هائی که قابلیت توان بالا و پردازش قوی دارند مناسبتر است و زمانی بهترین نرخ را می دهد که کانال بین فرستنده و رله، یک کانال خوب است. در این رساله کانال دستیابی چندگانه با به کارگیری رله (کانال دستیابی چندگانه با رله) با راهبرد کدبردار و گسیل آنالیز می شود. ابتدا برای صورت الفبا گسسته و بی حافظه کانال دستیابی چندگانه با رله با پیام مشترک کران های داخلی و خارجی ناحیه ظرفیت کانال را می یابیم و سپس با بسط نتایج الفبا گسسته به الفبا پیوسته، یک ناحیه نرخ قابل حصول برای حالت گوسی به دست می آوریم. همچنین درکانال دستیابی چندگانه با رله با مولفه های متعامد در فرستنده ها برای صورت های الفبا گسسته و بی حافظه و هم الفبا پیوسته گوسی، کران های داخلی و خارجی ناحیه ظرفیت را تعیین و عملکرد این کانال را با مدلهای پیشین مقایسه می کنیم. بعلاوه با تعیین کران های داخلی و خارجی ناحیه ظرفیت کانال دستیابی چندگانه با رله با اطلاعات حالت کانال غیرعلی در رله (رله مطلع)، حصول ظرفیت در این کانال را تحلیل می کنیم. در پایان شرایط حصول ظرفیت در کانال دستیابی چندگانه با رله گوسی با نویزهای وابسته را بررسی و با درنظر گرفتن مخابرات فراپهن باند به عنوان یک مدل عملی، به یک کران داخلی برای کانال دستیابی چندگانه با رله فراپهن باند می رسیم.

مخابرات خطوط قدرت (plc) تکنولوژی استفاده از شبکه قدرت به منظور ارائه و فراهم آوردن سرویس های مختلف مخابراتی است. گستردگی و ضریب نفوذ بالای شبکه برق در سطح جهان، دسترسی آسان به آن و عدم نیاز به سیم کشی و نصب ساختار جدید مهم ترین عوامل روی آوری به استفاده از این تکنولوژی می باشند. سیستم های plc باندوسیع امروزی که معطوف به بخش ولتاژ پایین شبکه قدرت می باشند، جهت غلبه بر محدودیت های این کانال نظیر انتشار چندمسیره سیگنال و نویز ضربه ای از تکنیک ofdm استفاده می کنند. این رساله مبتنی بر پیشنهاد ارسال بلوکی تک حامل با ترازش حوزه فرکانس (sc-fde) برای سیستم های plc باندوسیع است. زیرا تکنیک sc-fde ضمن داشتن احتمال خطا و پیچیدگی مشابه با مدولاسیون ofdm، توانایی مرتفع کردن محدویت های ofdm را نیز دارا می باشد و می تواند به عنوان یک گزینه مناسب برای سیستم های plc باندوسیع مطرح شود. بنابراین در این رساله عملکرد سیستم های plc باندوسیع مبتنی بر تکنیک sc-fde از منظر نظریه های اطلاعات و مخابرات تحلیل می شود. از منظر نظریه اطلاعات، سیستم های plc باندوسیع مبتنی بر تکنیک های sc-fde و ofdm در حضور نویز ضربه ای مورد تحلیل ظرفیت قرار می گیرند. این تحلیل شامل دو قسمت است که قسمت اول آن در حضور یک فرستنده و یک گیرنده انجام می پذیرد و در قسمت دوم فرض می شود که یک ترمینال رله بین فرستنده و گیرنده وجود دارد. برای قسمت اول این آنالیز، ابتدا مدل سیگنال این سیستم ها در حضور نویز ضربه ای برنولی-نرمال فرمول بندی می شود و سپس تحلیل ظرفیت با محاسبه بهترین کران های آنتروپی برای نویز غیرنرمال کانال، کران های ظرفیت کانال و ظرفیت کانال در یک شرایط خاص ارائه می شود. در قسمت دوم نیز ابتدا مدل سیگنال کانال رله plc با فرض همبستگی نویز در ترمینال های رله و گیرنده ارائه می شود و سپس برای اولین بار کران های عمومی ظرفیت این کانال محاسبه می شود. علاوه بر این اثبات می شود که این کران ها در دو حالت خاص نازل و نازل معکوس بر هم منطبق و منجر به ظرفیت می شوند. ضمنا کارایی تحلیل های انجام پذیرفته با ارائه شبیه سازی های مربوطه در کانال های باندوسیع plc داخل خانه نشان داده می شود که نتایج این شبیه سازی ها موید نقش موثر ترمینال رله در افزایش ظرفیت این کانال ها است. از منظر نظریه مخابرات، به منظور بهره برداری همزمان از مزایای تکنیک های sc-fde و mimo، ترکیب sc-fde با روش های تنوع فضایی در سیستم های mimo-plc مورد توجه قرار می گیرد و در این راستا ساختارهایی جدید برای ترکیب تکنیک sc-fde با کدهای بلوکی فضایی-زمانی متعامد و شبه متعامد ارائه می شود که قابلیت دستیابی همزمان به بهره تنوع فضایی و چندمسیره را دارا می باشند و قابل استفاده در هر کانال با از رمق افتادگی فرکانس و آغشته به نویز ضربه ای از جمله کانال های plc می باشند. عملکرد این ساختارهای جدید برای سناریوهای مختلف کانال و نویز شبیه سازی می شود و نشان داده می شود که ترکیب تکنیک sc-fde با روش های تنوع فضایی در کانال های plc باندوسیع داخل خانه و خارج خانه بهبود قابل ملاحظه احتمال خطای سیستم را به همراه دارد. علاوه بر این، با انجام شبیه سازی های مربوطه نشان داده می شود که این ساختارهای پیشنهادی قابلیت دستیابی به احتمال خطای مشابه و حتی بهتر نسبت مدولاسیون ofdm را در سیستم های mimo-plc فراهم می آورند، این در حالی است که این ساختارها به صورت ذاتی از معایب ساختارهای mimo-ofdm برخوردار نیستند.

در این پایان نامه هدف ما استفاده از روش های مختلف ریاضی به منظور بررسی سیستم سلولی شاتگان است. در ابتدای هر فصل تحقیقات مرتبط با کار خودمان را به صورت اجمالی مرور می کنیم. در سیستم سلولی شاتگان که ایستگاه های پایه با توزیع پواسون در فضا پخش شده اند؛ مطالعه ی اثر نویز پیچیده گی زیادی در محاسبات احتمال مخابرات موفق ایجاد می کند. بنابراین به منظور مطالعه ی اثر نویز، ظرفیت ارگادیک کانال را به عنوان معیار عملکرد سیستم برای مطالعه ی نویز در نظر گرفتیم؛ تا همچنین ضمن مطالعه ی اثر نویز در سیستم سلولی شاتگان، ظرفیت ارگادیک کانال را نیز محاسبه نماییم. در ادامه سعی می کنیم احتمال مخابرات موفق را با در نظر گرفتن نسبت حامل به تداخل برای سناریوهای ارتباطی مختلف بدست آوریم. همچنین به منظور مطالعه ی اثر نویز و بدست آوردن ظرفیت در سیستم سلولی شاتگان از روش های ممانی استفاده می کنیم. همان طوری که مشاهده خواهد شد؛ استفاده از این روش پیچید گی محاسباتی را در محاسبه ی ظرفیت به میزان زیادی کاهش می دهد. به علاوه عبارات دقیق اما نیمه تحلیلی برای احتمال مخابرات موفق هنگامی که ایستگاه موبایل از روش های حذف ترتیبی تداخل یا آشکارسازی توأم با همکاری ایستگاه های پایه برای آشکارسازی استفاده می کند؛ بدست می آوریم. تابع مشخصه ی تداخل تجمعی پواسون حالت خاصی از تابع مشخصه ی توزیع پایدار است. توزیع های پایدار تعمیم یافته ی توزیع گوسی هستند. در حالت کلی تقریبی از توزیع پایدار را با توجه به ویژه گی های توزیع پایدار بدست می آوریم؛ و با استفاده از این تقریب تابع توزیع تجمعی تداخل تجمعی پواسون را بررسی می کنیم. و در آخر، با استفاده از تبدیل استیلتجس ظرفیت مجموع ارگادیک کانال در سیستم سلولی شاتگان چندآنتنی بریده بررسی می شود. در انتهای هر فصل نیز نتایج عددی بررسی می شود.

کانال ضبط مغناطیسی به دلیل چگالی ذخیره اطلاعات بالایی که ارائه می کند، بعنوان یکی از پرکاربردترین محیط ها برای ضبط اطلاعات شناخته شده است.در این پایان نامه پس از بیان اهمیت روز افزون کانال های ضبط مغناطیسی در عرصه ذخیره سازی اطلاعات دیجیتالی، به معرفی تعدادی از پر کاربرد ترین فناوری های مورد استفاده برای ضبط اطلاعات به روش مغناطیسی می پردازیم. سپس اهمیت موضوع را از جنبه تئوری اطلاعاتی و یافتن مدل های ساده ریاضی به منظور دستیابی به نرخ های ارسال اطلاعات قابل حصول بررسی خواهیم نمود. در ادامه، با بررسی مدل های ریاضی که اخیرا به همین منظور معرفی گشته اند، سعی در بهبود این مدل ها خواهیم نمود. در همین راستا ویژگی های فیزیکی خاص محیط الگوبندی شده ضبط مغناطیسی را مطالعه نموده و مدلی ریاضی جهت بیان کامل رفتار کانال در چنین محیطی معرفی می نماییم. به منظور دستیابی به نتایجی قابل اعتماد تر، پارامترهای دخیل در مدل را از لحاظ عددی بررسی نموده و مقادیری تقریبی برای هریک پیشنهاد می دهیم که در ادامه کار، با استفاده از همین مقادیر بدست آمده، تحلیل های عددی انجام می شود.سپس، به بررسی تئوری اطلاعاتی کانال پرداخته و به یافتن روابطی ریاضی برای نرخ اطلاعات قابل حصول می پردازیم. و ثابت می کنیم که کران های بدست آمده برای نرخ اطلاعات با استفاده از این مدل، تعمیمی برای کران های بدست آمده قبلی می باشد. در حقیقت مدل معرفی شده ما حالت تعمیم یافته مدل قبلی است. همچنین مفاهیمی از جمله فیدبک که تا به حال در محیط ضبط مغناطیسی لحاظ نشده بود را نیز با مدل معرفی شده بررسی نموده و با استفاده از شواهد فیزیکی به اثبات این پدیده خواهیم پرداخت. از جمله مزایایی که مدل معرفی شده ما داراست، می توان به عمومیبودن آن اشاره نمود و اینکه این مدل، قادر به پاسخگویی به منابع خطای موجود در محیط ضبط مغناطیسی الگوبندی شده می باشد.

در این پایان نامه ناحیه تحت پوشش برای شبکه های رله چند آنتنی با تکنیک کدبردار و گسیل و‏ تکنیک ‎‎تقویت کن و گسیل آنالیز شده است. با در نظر گرفتن ترکیب کانال های از رمق افتادگی رایلی و رایسین و به ازای دو موقعیت متفاوت برای ایستگاه های رله‏، مسأله بیشینه کردن ناحیه تحت پوشش به ازای نرخ ارسال ثابت مورد بررسی قرار گرفته است و موقعیت بهینه رله به هدف بیشینه کردن ناحیه تحت پوشش بدست آورده شده است. با فرض وجود همبستگی فضایی بین آنتن های فرستنده و گیرنده‏، ناحیه تحت پوشش برای کانال رمق افتادگی بدون همبستگی فضایی و با همبستگی فضایی مقایسه شده است. همچنین‏، شرایطی در نظر گرفته شده که دو ایستگاه رله مجاور در ارسال سیگنال ها از منبع به مقصد همکاری نمایند. سپس بصورت تحلیلی رابطه ای ریاضی برای ضریب افزایش ناحیه پوشش با ‎‎‎همکاری نسبت به حالت بدون همکاری بدست آورده شده است. با استفاده از شبیه سازی مونت کارلو‏، ناحیه تحت پوشش‏ و کران های ظرفیت برای کانال های از رمق افتادگی متفاوت و برای موقعیت های مختلف ایستگاه رله مطالعه شده است. همچنین‏، تأثیر تعداد آنتن های فرستنده/گیرنده و تأثیر ضریب تقویت رله در تکنیک تقویت کن و گسیل بر ناحیه تحت پوشش بررسی شده است. علاوه بر آن‏، نتایج بدست آمده برای کانال رله چند آنتنی با تکنیک تقویت کن و گسیل‏‏، با نتایج قبلی حاصل برای کانال رله چند آنتنی با تکنیک کدبردار و گسیل مقایسه شده است.

اهمیت و کاربرد گسترده مخابرات بی سیم موجب افزایش روز افزون مطالعه بر روی آن شده است. از این رو اهمیت بررسی کانال های مختلف چند کاربره که در سیستم های مخابرات بی سیم کاربرد فراوانی دارند، روز به روز بیشتر مشخص می شود. از جمله این کانال ها میتوان به کانال های پخش اشاره کرد. در این نوع از کانال ها یک فرستنده پیغام یا پیغام هایی را به چند گیرنده ارسال می کند. مطالعات زیادی بر روی این کانال ها انجام شده است اما بیشتر این مطالعات روی حالتی که دو گیرنده وجود دارد صورت گرفته است. بر خلاف کانال دسترسی چند گانه با منابع مستقل که نتایج به دست آمده برای دو فرستنده قابل تعمیم به بیش از دو فرستنده است، در کانال پخش این امکان وجود ندارد، در نتیجه تلاش برای رسیدن به ظرفیت و یا کران های ظرفیت برای حالات خاصی با بیش از دو گیرنده، مثلا سه گیرنده، انجام شده است و اکثر این کارهای صورت گرفته مربوط به حالت الفبا گسسته هستند. در این پایان نامه دو حالت خاص از کانال های پخش الفبا گسسته و بدون حافظه با سه گیرنده یعنی کانال پخش چند سطحی و کانال پخش کم نویزتر با سه گیرنده در حضور اطلاعات جانبی غیر علی مورد مطالعه قرار گرفته اند. برای کانال پخش چند سطحی کران های ظرفیت و برای کانال پخش کم نویزتر با سه گیرنده ناحیه ظرفیت در حضور اطلاعات جانبی غیر علی به دست آورده شده اند. در این پایان نامه نشان داده شده است نتایج برخی از کارهای قبلی حالت های خاصی از نتایج به دست آمده در این پایان نامه هستند. در بدست آوردن نتایج الفبا پیوسته معمولا فرض میشود می توان نتایج الفبا گسسته را به حالت الفبا پیوسته بسط داد. مطالعات زیادی روی کانال از رمق افتادگی انجام شده است و یکی از مشکلات مطالعه کران های کانال های از رمق افتادگی تحلیل کران خارجی ظرفیت آن ها می باشد. در این پایان نامه برای بررسی کانال پخش گوسی از رمق افتادگی کم نویزتر با سه گیرنده از روشی استفاده شده است که دارای مزایایی نسبت به کارهای گذشته است. در این روش از نتایج بدست آمده در همین پایان نامه برای ظرفیت کانال پخش الفبا گسسته کم نویزتر با سه گیرنده استفاده شد و ظرفیت صورت گوسی از رمق افتادگی آن مورد بررسی قرار گرفت.

رشد و توسعه فزاینده استفاده از شبکه های مخابراتی بیسیم همچون شبکه های اقتضایی و حسگر بی سیم، نیاز به مطالعه نظری مفاهیم و پدیده های پیچیده موجود در این شبکه ها را افزایش داده است. وابستگی و شناخت دو مورد از این پدیده ها می باشند که تأثیر مهمی در کاهش تداخل و بهبود عملکرد سیستم در شبکه های امروزی دارند. در شبکه های بی سیم، وابستگی عمدتاً ناشی از مشاهدات وابسته کاربران مختلف، و شناخت و تداخل ناشی از طبیعت پخش کنندگی ذاتی این شبکه ها می باشد که دو مورد اول تأثیر مثبت و تداخل تأثیر منفی در فرآیند مخابره اطلاعات دارد. در این رساله سعی می شود تا با مطالعه مدل های تداخلی حاوی پدیده های شناخت، تداخل و وابستگی و ارائه طرح های کدینگ کارآمد جهت لحاظ کردن این پدیده ها، بینشی مفید جهت (1) فهم بهتر تأثیر این عوامل در نرخ ارسال اطلاعات و (2) طراحی روش ها و ساختارهای کارا برای استفاده موثرتر از شناخت و وابستگی موجود در کانال های تداخل، فراهم آوریم. در این راستا، ابتدا به مسئله مخابره یک زوج منبع وابسته بر روی یک کانال تداخل مبتنی بر شناخت می پردازیم. برای حالتی که منابع بطور خاص وابسته اند با ارائه سه طرح کدینگ کانال، نواحی نرخ قابل حصولی را برای این کانال بدست می آوریم. برای حالتی که منابع بطور دلخواه وابسته اند، با توجه به اینکه اصل جداسازی کدینگ منبع و کانال برای مخابره منابعِ بطور دلخواه وابسته بر روی کانال های چندکاربره بهینه نمی باشد، با ارائه یک طرح کدینگ توأم منبع-کانال، یک شرط کافی جهت ارسال بی تلف یک زوج منبع بطور دلخواه وابسته بر روی چنین کانالی بدست می آوریم. روش های کدینگ ارائه شده با انتخاب ترکیب های مناسبی از تکنیک های موجود در تئوری اطلاعات، ضمن بهره بردن از اطلاعات مشترک منابع، اعمال فشرده سازی اطلاعات و کاهش تداخل را توأماً و در چند مرحله انجام می دهند. همچنین با توجه به جامعیت مدل کانال در نظر گرفته شده، نشان می دهیم که نواحی نرخ قابل حصول و همچنین شرط کافی بدست آمده نواحی نرخ معلوم برای کانال های تداخل با منابع مستقل و بطور خاص/دلخواه وابسته را شامل می شود. در ادامه، با توجه به این نکته که مبحث آگاهی کاربرها را می توان در قالب مفهوم کلی تری با عنوان اطلاعات جانبی در نظر گرفت به بررسی تئوری اطلاعاتی کانال تداخل با منابع بطور خاص وابسته و در حضور اطلاعات جانبی غیرعلّی پرداخته و ناحیه نرخ قابل حصولی برای گونه گسسته بی حافظه آن ارائه می کنیم. سپس با توجه به دشواری های آنالیز مستقیم این کانال، راهی غیرمستقیم را در پیش می گیریم و به آنالیز ظرفیتی کانال دسترسی چندگانه مرکب به عنوان گونه ای ساده از کانال تداخل در حضور اطلاعات جانبی می پردازیم. بطور ویژه مدلی گوسی از این کانال با عنوان کانال دسترسی چندگانه مرکب گوسی با اطلاعات جانبی جزئی در فرستنده ها را معرفی کرده و ضمن بدست آوردن کران های ظرفیتی، نشان می دهیم که برای این کانال ها استراتژی های لتیس برخلاف استراتژی کوستا، قادر به دستیابی به نرخ های مثبت تحت شرایط تداخل قوی می باشند (از طریق متمرکزسازی و هم راستانمایی تداخل ها). همچنین حالات خاصی که برای آنها استراتژی های لتیس بهینه می باشد را تعیین می کنیم. در انتها نیز با توجه به اینکه از دید تئوری اطلاعات کانال های با تداخل بین سمبلی در زمره کانال های با اطلاعات جانبی در فرستنده می باشند به تعیین ناحیه ظرفیت کانال دسترسی چندگانه مرکب گوسی با پیغام مشترک و در حضور تداخل بین سمبلی نه با استفاده از روش های مرسوم تعیین ظرفیت کانال های با اطلاعات جانبی، بلکه با استفاده از روش رایج تعیین ظرفیت کانال های با حافظه محدود می پردازیم.

در این پایان¬نامه با توجه به اهمیت روزافزون شبکه¬های بی¬سیم و لزوم پرداختن محققین به تئوری اطلاعات این شبکه¬ها، دو قالب ساختاری یک شبکه بی¬سیم، یعنی کانال نقطه به نقطه شانون و کانال دستیابی چندگانه را مورد مطالعه و بررسی قرار می¬دهیم و تأثیر اطلاعات جانبی (به صورت کامل یا جزئی) را در رفتار این کانال¬ها تحقیق می¬کنیم. ثابت شده است که روش کدگذاری معمول سبدگذاری تصادفی در کانال¬های خاص چون کانال دستیابی چندگانه گوسی دوکاربره با اطلاعات جانبی مستقل در فرستنده¬ها با قید توان تداخل قوی، منجر به نرخ¬های مثبت نمی¬شود و بکارگیری استراتژی لتیس می¬تواند نرخ¬های مثبت بدهد. در این تحقیق، ابتدا مدل کانال دستیابی چندگانه گوسی دو کاربره با اطلاعات جانبی مستقل در فرستنده¬ها را در حالت کلی¬تر به کانال سه کاربره و k کاربره تعمیم می¬دهیم و با استفاده از استراتژی لتیس به محاسبه نواحی نرخ می¬پردازیم. همچنین به بررسی تأثیر پدیده از رمق افتادگی در کانال دستیابی چندگانه گوسی دوکاربره خواهیم پرداخت. در گام بعد تأثیر جزئی بودن اطلاعات جانبی در کانال¬های دستیابی چندگانه دوکاربره، سه کاربره و در حالت کلی k-کاربره را بررسی و آنالیز می¬کنیم. در نهایت هم به تعمیم نتایج کانال دستیابی چندگانه گوسی دو کاربره با اطلاعات جانبی کامل و جزئی مستقل به کانال مرکب (شامل دو فرستنده ودو گیرنده) می¬پردازیم.

کوستا در قضیه «نوشتن بر کاغذ لکه دار» نشان می دهد که فرستنده می تواند اثر تداخل جمع شونده به صورت غیرعلّی معلوم در فرستنده را با اتخاذ کدگذاری مناسب، حذف کند. مسأله «نوشتن بر کاغذ لکه دار» را از سه جنبه می توان گسترش داد: ظرفیت «کاغذ لکه دار» فقط در صورتی قابل دستیابی است که متغیر دنباله ورودی کانال را بتوان مستقل از متغیر تداخل جمع شونده معلوم در فرستنده تولید کرد. با فرض همبستگی میان این دو متغیر تصادفی و تحلیل مسأله، قضیه «کاغذ لکه دار» را می توان به شرایطی گسترش داد که هم از دیدگاه نظری و هم کاربردی مهم هستند. فرض وجود تداخل معلوم در گیرنده (که ممکن است هم با تداخل معلوم در فرستنده و هم با ورودی کانال نیز همبسته باشد)، محور دیگر گسترش مسأله است. با افزودن فرض وجود همبستگی میان این تداخل ها و نویز گوسی کانال و تحلیل ظرفیت آن، یک شکل عمومی گوسی برای قضیه کوور-چیانگ (مسأله کانال با اطلاعات جانبی دو طرفه به صورت غیر علّی معلوم در فرستنده و گیرنده) به دست می آید.

با داده ها تحلیلِ و پردازش به تئوری-اطلاعاتی، رویکرد هایِ با تا داریم قصد نوشتار، ایندر دو- داده هایِ تحلیلِ و زیرفضایی خوشه بندیِ مسأله ی دو مشخص، به طورِ بپردازیم. بالا،بُعد ژنومیِرگه سازیِ آرایهمقایسه ای استفاده با ابتدا، در می گیرد. قرار کنکاش مورد، و نمایشاز سپس، می شود. ارائه مذکور مسأله ی دو تحلیلِ برایِ مقاومی روش هایِ رُتبه پایین، و پراکندهبازیابیِ بازیابی را آن ها که می شود ارائه جدیدی بازیابیِ و نمایش رِنی، درجه دومِ آنتروپیِ تخمینِ از استفادهبا نمایشوکمترین آنتروپی می نامیم. استفاده موردتوابعِ ایندرپایان نامه آنها برایِ اما، هستند، نامحدّب می دهیم. نشان را آن ها همگراییِ و می یابیم نیمه درجه دوم بهینه سازیِ از استفاده با کارآمدیجواب روش هایِ مقاومتِ واقعی، داده هایِ و شبیه سازی شده داده هایِ رویِ بر عملی نتایجِ پایان،در نویزهایِ با رویارویی در موجود، روش هایِ با مقایسه در راپیشنهادیغیرِگوسی اثبات بهمختلف می رساند