با گسترش روزافزون تبادل اطلاعات، داشتن سیستم های مخابراتی با کارایی و امنیت بالا یکی از نیازهای اساسی می باشد. امروزه استفاده از تکنیک های طیف گسترده چه در کاربردهای نظامی به خاطر امنیتی که این روشها دارند و چه در کاربردهای غیر نظامی به علت افزایش تعداد کاربران، مورد توجه قرار گرفته اند. در بین روش های مورد استفاده در طیف گسترده، روش پرش فرکانسی غیر خودی (دشمن) وجود دارد. در اکثر روشهای اختلال، اختلال گر اطلاعاتی درباره سیستم پرش فرکانسی ندارد، لذا برای یک اختلال موفق، لازم است سیگنال اخلال گر، توان بیشتری نسبت به توان سیگنال پرش فرکانسی داشته باشد. اما در روش هایی که اخلالگر از زمان شروع و فرکانس سیستم پرش فرکانسی اطلاع دارد نه تنها توان کمتری برای اختلال لازم است بلکه احتمال خطای بیت در گیرنده سیستم پرش فرکانسی نیز بیشتر است. از جمله این روش ها روش اختلال تعقیبی است. در روش اختلال تعقیبی با یافتن مشخصات سیستم پرش فرکانسی (از قبیل نرخ پرش یا زمان شروع هر پرش)، ایجاد اختلال در سیستم پرش فرکانسی ساده تر و کاراتر خواهد بود. آنچه که در این رساله ارایه شده است بیان الگوریتمی برای آشکارسازی سیستم پرش فرکانسی و تعیین مشخصات آن (نرخ پرش، زمان های پرش و فرکانسهای پرش) و سپس اختلال بر روی فرکانس شناسایی شده می باشد.

شبکه های نسل آینده مخابرات سیار به سیستمهایی نیازمندند که قابلیت پشتیبانی از سرویسهای مختلف با محدوده گسترده ای از نرخ داده را دارا باشند. رشد تقاضا برای انواع سرویسهای بدون سیم به تلاش در راستای افزایش تعداد کاربران تحت پوشش، افزایش نرخ داده و تنوع نرخ انجامیده است. روشهای ارسال با نرخ وفقی که در انطباق با کانال اعمال می شوند، و روشهای چندگانگی از تکنولوژیهای کلیدی دستیابی به این مهم می باشند. از این رو در این پایان نامه روشهای ارسال با نرخ وفقی برای سیستمهایی که از انواع مختلف چندگانگی استفاده می کنند به کار رفته است. به این ترتیب این روشها با بهبود کارآیی cdma، امکان پشتیبانی از سرویسهای متنوع و پرسرعت را که از اهداف شبکه های نسل آینده است فراهم میکنند. در این پایان نامه به کارگیری روش مدولاسیون وفقی برای سیستم cdma مبتنی بر چندگانگی فضایی sts پیشنهاد می شود و متوسط حجم داده ارسالی سیستم و احتمال خطای آن محاسبه می گردد. علاوه بر این از روش مدولاسیون وفقی برای افزایش حجم داده ارسالی سیستمی که از چندگانگی چند مسیره نیز بهره می گیرد، استفاده می شود. در راستای جلوگیری از ارسال سیگنالینگ اضافی در روش مدولاسیون وفقی، تشخیص هوشمند نوع مدولاسیون در گیرنده سیستم cdma مبتنی بر sts و مدولاسیون وفقی، پیشنهاد می شود. همچنین اثر خطا در تخمین کانال و تخمین snr بر کارآیی و حجم داده ارسالی مورد بررسی و تحلیل قرار می گیرد.

در این پایان نامه از ایده کدهای تصحیح کننده خطای کانولوشنی سوراخ شده استفاده شده و کدهای سوراخ شده طیف گسترده را تولید کرده ایم. اگرچه کدهای کانولوشنی سوراخ شده تنها برای کاهش پیچیدگی در کدهای با نرخ کدینگ بالا به کار می روند، ولی نشان خواهیم داد که کدهای سوراخ شده طیف گسترده، می توانند سبب بهبود مشخصات متنوعی از سیستم طیف گسترده شوند. کدهای سوراخ شده طیف گسترده، کدهای طیف گسترده ای هستند که تعدادی از بیت های آن را حذف کرده ایم. الگوی حذف مناسب معمولاً با جستجو به دست می آید. معیار مناسب بودن الگوی حذف را می توانیم هر مشخصه ای از سیستم طیف گسترده که قصد بهبود آن را داریم، قرار دهیم. در این پایان نامه بهبود دو مشخصه بسیار مهم کدهای طیف گسترده، یعنی تابع خودهمبستگی و تابع همبستگی متقابل بطور نسبتاً مفصل بحث شده است. علاوه بر تابع خودهمبستگی و همبستگی متقابل، بهبودهایی نیز بر روی متوسط زمان سنکرون سازی و سخت افزار بهینه در روش سنکرون سازی سری-موازی انجام شده است. پایان نامه شامل 5 فصل می باشد. فصل 1 بطور مختصر مقدمات سیستم مخابراتی طیف گسترده را توضیح می دهد. فصل 2 بررسی کدهای مورد استفاده در سیستم مخابراتی طیف گسترده است. در فصل 3 تا 5 بیشتر به کارهای انجام شده پرداخته شده است. بهبود مشخصات پایه ای کدهای طیف گسترده با استفاده از کدهای طیف گسترده سوراخ شده در فصل 3 و کاهش تداخل در سیستم های دسترسی چندگانه با استفاده از کدهای طیف گسترده سوراخ شده در فصل 4 و استفاده از کدهای سوراخ شده برای بهبود عملکرد، در مرحله سنکرون سازی و کاهش متوسط زمان سنکرون سازی در فصل 5 بررسی شده است. در انتها نتیجه گیری و پیشنهادات ادامه کار و بخشی ضمیمه موجود می باشد.

در این پایان نامه شناسایی و متعادل سازی کور کانال مخابرات دیجیتال simo بر پایه آمارگان مرتبه دوم (sos)، مورد بررسی قرار گرفته است. عبارت کور به این واقعیت اشاره می کند که پارامترهای کانال و متعادل ساز تنها با استفاده از سیگنال دریافتی و بدون بکارگیری سکانس آموزشی از طرف فرستنده، تخمین زده می شوند. استفاده از روش های شناسایی و متعادل سازی کور کانال مبتنی بر sos، نیازمند حجم بالایی از محاسبات می باشد. این امر پیاده سازی روش های شناسایی و متعادل سازی کانال را در کاربرد های بلادرنگ با مشکل مواجه می کند. هدف این پایان نامه ارایه الگوریتمی عمومی برای کاهش حجم محاسباتی روش های شناسایی و متعادل سازی کور کانال مبتنی بر sos در کانال های دارای محوشوندگی چندمسیره است. پس از بهره گیری از خاصیتی برای روش های شناسایی و متعادل سازی کور مبتنی بر آمارگان مرتبه دوم که آن را خاصیت استقلال از دوران نام نهادیم، با بکارگیری آنالیز مولفه های اصلی، روشی جدید برای کاهش حجم محاسباتی روش های شناسایی و متعادل سازی کور کانال ارایه شده است. در ادامه، با توجه به نقش مهم انتخاب تعداد مولفه های اصلی مورد استفاده در الگوریتم پیشنهادی در میزان کاهش حجم محاسبات و خطای تخمین کانال، دو خط مشی برای انتخاب تعداد مولفه های اصلی پیشنهاد گردیده است. در نهایت شبیه سازی هایی برای نشان دادن کارایی الگوریتم پیشنهادی ارایه گردیده است. شبیه سازی ها نشان می دهد، در صورت انتخاب تعداد مولفه های اصلی مناسب، استفاده از این تکنیک علاوه بر کاهش پیچیدگی محاسباتی روش های شناسایی و متعادل سازی کور، موجب عدم افزایش خطای تخمین کانال نیز خواهد گردید. همچنین، شبیه سازی ها نشان دهنده عملکرد مطلوب خط مشی های انتخاب تعداد مولفه های اصلی می باشد.

این پایان نامه به بررسی روشهای تخمین پاسخ فرکانسی کانال در سیستم های چند حامله ، شامل روش استفاده از سمبل های آزمایشی و روش استفاده از سمبل های داده که عمل تشخیص ابتدایی روی آنها انجام شده است(تصمیم- وابسته یا تشخیص- وابسته) می پردازد. با استفاده از پیش گویی پاسخ فرکانسی کانال میزان فرکانس گزینی کانال در بلوک بعدی یک سیستم چند حامله تعیین می شود و بر اساس شدت فرکانس گزینی کانال پارامترهای مربوط به سیستم که در دقت تخمین پاسخ فرکانسی کانال و حجم داده ارسالی موثر هستند تغییر خواهندیافت. در روش تشخیص- وابسته پارامتری که با توجه به شرایط کانال تغییر خواهد کرد نرخ کدینگ برای حذف خطا های پشت سر هم است . در روش استفاده از سمبل های آزمایشی، فاصله بین سمبل های آزمایشی در یک بلوک سیستم چند حامله، با توجه به فرکانس گزینی کانال تعیین می شود. انتخاب اینگونه پارامترهای سیستم منجر به بهبود تخمین پاسخ فرکانسی کانال و افزایش حجم داده ارسالی می شود. در انتها برای افزایش فاصله زمانی مابین بلوک های حاوی سمبل های آزمایشی روشی مرکب از روش تشخیص- وابسته و روش استفاده از سمبل های آزمایشی برای تخمین پاسخ فرکانسی کانال ارائه می شود .در این روش در عین حفظ دقت تخمین پاسخ فرکانسی کانال برای فرکانس های داپلر بالا ،حجم داده ارسالی در کانال به میزان قابل توجهی افزایش خواهد یافت.

در این پایان نامه، تخمین کور سیگنال های طیف گسترده دنباله مستقیم مورد بررسی قرار می گیرد و روش های مستقل از ساختار کد و مبتنی بر آمارگان مرتبه دوم، مانند روش زیر فضا را مفصلا توضیح می دهیم. تاکنون بیشتر روش های مطرح شده در رابطه با تخمین کور سینگال های طیف گسترده، برای سیگنال هایی با کدهای کوتاه تبیین شده اند. در این پایان نامه برای نخستین بار الگوریتمی ارائه می دهیم که سیگنال طیف گسترده با کد متناوب طولانی را در کانال چند مسیره به صورت کور تخیمن می زند و ساختار گیرنده برای تخمین داده را هم ارائه خواهیم داد. برخلاف کدهای کوتاه که هر پریود از آن در یک سمبل داده تکرار می گردد، در این نوع از کدها هر پریود از کد گسترده کننده بعد از چند سمبل داده تکرار میگردد، در این نوع از کدها هر پریود از کد گسترده کننده بعد از چند سمبل داده تکرار می شود. همچنین در این پایان نامه، روش هایی را که در تخمین کور سیگنال طیف گسترده، به ساختار کد گسترده کننده وابسته اند، مطرح می کنیم. با ترکیب این روش ها با روش های مستقل از ساختار، الگوریتمی جدید ارائه می دهیم که با اندکی افزایش حجم محاسبات (خیلی کمتر از آنچه که در روش های مستقل از ساختار مورد نیاز است)، بتوانیم در snr های خیلی کمتر از آنچه که در روش های مستقل از ساختار مورد نیاز است)، بتوانیم در snr های خیلی پایین تر از آنچه که در روش های وابسته به ساختار فرض می شود، کد گسترده کننده هایی با بهره پردازش بالا را تخمین بزنیم. این الگوریتم را برای کدهای m-sequence و gold که از کدهای مرسوم استفاده شده در طیف گسترده هستند، به کار می بریم. در ادامه همچنین روش تخمین پریود کد گسترده کننده، مبتنی بر خاصیت ایستان متناوب بودن سیگنال طیف گسترده بیان می شود و روشی جدید را مطرح می کنیم که هوشمندانه از تغییرات بزرگترین مقدار ویژه ماتریس همبستگی استفاده خواهد کرد تا تخمین اولیه از پریود کد گسترده کننده را بهبود ببخشد. در طول پایان نامه شبیه سازی هایی برای نشان دادن کارایی الگوریتم های پیشنهادی ارائه گردیده است. شبیه سازی نشان دهنده عملکرد مطلوب این الگوریتم ها می باشند.

یکی از ارکان اصلی سیستم های مخابراتی دیجیتال کدها هستند. کد شبه تصادفی، نامیست کلی که بر دسته وسیعی از این کدها دلالت دارد. امروزه کاربرد کدهای شبه تصادفی گستره وسیعی همچون سیستم های طیف گسترده، cdma، رادار، رمزنگاری، شناسایی سیستم، اندازه گیری، فاصله یابی و... را شامل می شود پارامترهایی چون خودهمبستگی، همبستگی متقابل، گستردگی خطی، عدم تعادل، اندازه خانواده و... از جمله پارامترهای مهم کدهای شبه تصادفی محسوب می شود که در هر کاربرد تعدادی از آن ها دارای اهمیت بیشتر می باشد. در این پایان نامه ضمن بیان پیشنیازهای ریاضی و معرفی پارامترهای شایستگی، گستردگی خطی به عنواه مهمترین پارامتر مرتبط با امنیت مخابراتی به تفصیل بیشتری مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین ساختارهای مختلفی را جهت دست یافتن به گستردگی خطی یزرگتر و در نتیجه امنیت بیشتر طراحی نموده ایم. علاوه بر این، دو خانواده از کدها که چندین ویژگی مطلوب را به صورت توأم دارا می باشند مورد طراحی و بررسی قرار داده ایم. پارامترهای این دو خانواده را به صورت تحلیلی محاسبه نموده ایم و با انجام شبیه سازی این نتایج تحلیلی را تایید کرده ایم. در خانواده اول، همبستگی متقابل زوج اعضاء در نیمی از پریود، صفر و گستردگی خطی آن از 0.75 پریود که بزرگتر است تعداد اعضاءی این خانواده بسیار بزرگ است؛ همچنین روشی جهت کاهش بازه جستجو در فرایند اکتساب فاز ارائه شده که به تبع آن بازهء جستجو 25% مقدار عادی آن کاهش می یابد. خانواده دوم بر مبنای مجموعه بزرگ کازامی و gold طراحی شده است. مقادیر خارج فاز خودهمبستگی نامتناوب آن ها کوچک و همبستگی اعضای خانواده کنترل شده است. با محاسبه ضرایب شایستگی f و w راندمان این خانواده را مورد بررسی و مقایسه کمی قرار داده ایم.