شناخت طیف رادیویی یکی از مهم ترین مفاهیمی است که طراحی سیستم های رادیوی شناختگر بر اساس آن استوار شده است. تعریف کلاسیک شناخت طیف، اندازه گیری توان طیفی کانال رادیویی توسط کاربران رادیوی شناختگر (ثانویه) به منظور یافتن حفره های فرکانسی و ارسال اطلاعات بر روی آنها است. در شبکه های رادیوی شناختگر دو دسته کاربری تعریف می شوند، کاربران اولیه که طیف به آنها اختصاص دارد و کاربران ثانویه که از طیف کاربران اولیه طوری استفاده می کنند که به داده های ارسالی آنها لطمه نزنند. در واقع، در شناخت طیف، کاربران ثانویه باید بتوانند وجود یا عدم وجود سیگنال های اولیه مجوزدار را آشکارسازی کنند. کارهای قبلی، لزوم مشارکت کاربران را برای آشکارسازی سیگنال مجوزدار اولیه در نسبت های سیگنال به نویز پائین، که در موقعیت های عملی بسیار محتمل است، پیشنهاد می کنند. در این پایان نامه سیستم رادیوی شناختگری در نظر گرفته شده است، که در آن کاربران ثانویه برای شناخت طیف با یکدیگر مشارکت می کنند. با فرض اینکه کاربران از آشکارسازهای انرژی یکسان استفاده می کنند، سیگنال های دریافتی کاربران، به دلیل وجود سایه افکنی، به صورت متغیرهای تصادفی log-normal هم بسته مدل شده و مسائل تصمیم گیری محلی در هر گره و ترکیب تصمیم-گیری ها در مرکز ترکیب مورد بررسی قرار گرفته است. به منظور حل مسئله شیوه ای برای آستانه-گذاری جهت تصمیم گیری نرم محلی ارائه شده است، که از پارامترهای شبکه استفاده می کند. سپس، روش ترکیب خطی درجه دومی پیشنهاد شده، که جهت کاهش پیچیدگی های طراحی، در آن از معیار انحراف استفاده شده است. در این روش ترکیب، تابعی خطی و از درجه دوم از تصمیم-گیری های نرم محلی با یک آستانه مقایسه می شود، که ضرایب آن با استفاده از معیار انحراف به دست می آیند. با این رویکرد از هم بستگی بین گره ها در ترکیب تصمیم گیری ها استفاده شده و تنها نیاز به آگاهی از آمارگان مراتب پائین سیگنال اولیه خواهد بود. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که عملکرد روش پیشنهادی، در مقایسه با آشکارسازهای ارائه شده در کارهای قبلی که بر اساس تصمیم گیری سخت در گره های مشارکت کننده طراحی شده اند و نیز آشکارسازهای با روش ترکیب خطی بهبود قابل ملاحظه ای دارد.

یکی از چالش های پیش روی شبکه های رادیو شناختگر، مساله ی سنجش طیف و چگونگی تشخیص وجود سیگنال کاربر اولیه می باشد. در این پایان نامه، سنجش طیف باندپهن در شبکه های رادیو شناختگر مورد بررسی قرار می گیرد. در ابتدا، به منظور بالا بردن دقت سنجش طیف، آشکارساز انرژی بهبودیافته شرح داده می شود. به منظور کاهش تداخل و جلوگیری از دست رفتن فرصت های طیفی، سطح آستانه ی بهینه برای آشکارساز بهبودیافته بدست می آید. مشارکت کاربران ثانویه به عنوان راه حلی برای رفع مشکل محوشدگی چند مسیره و اثر سایه در محیط بی سیم پیشنهاد شده است، به همین منظور، مهم ترین قانون های موجود در سنجش طیف مشارکتی با استفاده از آشکارساز انرژی بهبودیافته مورد بررسی قرار می گیرند. در شبیه سازی ها با مقایسه ی منحنی مشخصه ی عملیاتی گیرنده نشان داده می شود که کارایی آشکارساز انرژی بهبودیافته نسبت به آشکارساز انرژی رایج، بالاتر می باشد. در ادامه، پیشنهاد می شود که از آشکارساز انرژی بهبودیافته برای آشکارسازی هم زمان زیرباندها که یکی از روش های مورد توجه در سنجش طیف باندپهن می باشد، استفاده گردد. با توجه به توزیع کاربران در محیط های مختلف جغرافیایی، اطلاعات دریافتی کاربران ثانویه با یک دیگر متفاوت می باشد، به همین منظور به اطلاعات دریافتی از هر یک از کاربران در مرکز ترکیب با توجه به اهمیت آن ها وزن خاصی اختصاص می یابد. در شبیه سازی ها نشان داده می شود که کارایی این روش سنجش، نسبت به روش آشکارساز انرژی، بهتر بوده و اختصاص بردار وزن در آن کارایی را بهبود می بخشد.

در این رساله مسا له ی سنجش طیف مشارکتی در شبکه های رادیوی شناختگر با استفاده از ترکیب انرژی ها و با تکیه بر تاثیر محوشدگی های مقیاس کوچک و بزرگ بر روی عملکرد سنجش طیف مورد بررسی قرار گرفته است و با توجه به چند چالش که از نظر نگارنده با وجود اهمیت کمتر مورد توجه قرار گرفته اند، الگوریتم هایی جهت ترکیب مشاهدات حسگرها پیشنهاد شده است. بخشی از این رساله به بررسی اثر وجود محوشدگی مقیاس بزرگ همبسته بر روی کا نال های سنجش و گزارش و طراحی یک چارچوب سنجش طیف مشارکتی بر اساس ترکیب خطی مشاهدات و با استفاده از خوشه بندی حسگرها در حالت های ارسال نمونه ها، ارسال انرژی نمونه ها و ارسال تصمیم گیری های یک بیتی برای واحد مرکزی تصمیم گیری اختصاص یافته است. نتایج شبیه سازی ها نشان داده است که به دلیل وجود محوشدگی مقیاس بزرگ بر روی کانال گزارش، افزایش تعداد حسگرها از یک عدد مشخص کمک قابل ملاحظه ای به بهبود عملکرد سنجش طیف نمی کند. در مقابل با استفاده از خوشه بندی می توان با افزایش تعداد حسگرها عملکرد سنجش طیف را به میزان زیادی بهبود بخشید. به عنوان یک نمونه با فرض ارسال انرژی به عنوان مشاهدات، با افزایش تعداد حسگرها از 12 به 20 توانسته ایم بهبود در عملکرد آشکارسازی با استفاده از خوشه بندی را از حدود 5db به حدود 11db برسانیم. علاوه بر این با توجه به الگوریتم انتخاب سرخوشه ی پیشنهاد شده نیاز به انتخاب سرخوشه در هر بازه ی سنجش از بین می رود. همچنین نشان داده ایم که با ارسال نمونه ها به عنوان مشاهدات هر خوشه نسبت به حالتی که خوشه ها انرژی نمونه های دریافتی و تصمیم گیری های یک بیتی را به مرکز ترکیب ارسال می کنند می توان به ترتیب در حدود 7db و 15db بهبود در عملکرد آشکارسازی حاصل نمود. با این حال با توجه به نیاز به پهنای باند کانال گزارش خیلی زیاد، ارسال انرژی به عنوان مشاهدات هر خوشه منطقی تر به نظر می رسد. تعمیم الگوریتم مبتنی بر تابع مولد ممان جهت تقریب زدن یک بردار تصادفی که هریک از مولفه های آن از مجموع چندین متغیر تصادفی لگ-نرمال همبسته تشکیل شده است با یک بردار لگ-نرمال نیز یکی از نوآوری های انجام شده در این بخش است. بخش دوم این رساله به بررسی تاثیر وجود همزمان هر دو نوع محوشدگی مقیاس کوچک و بزرگ بر روی عملکرد سنجش طیف و طراحی یک ساختار سنجش طیف مشارکتی با مدل مبتنی بر خوشه بندی در این حالت اختصاص یافته است. در مرکز تصمیم گیری از ترکیب خطی انرژی ها با ضرائب یکسان (egc) به منظور محاسبه ی روابط تحلیلی دقیق احتمال های هشدار غلط و آشکارسازی و پیشنهاد یک کران بالا برای احتمال آشکارسازی استفاده شده است. ترکیب انرژی ها با استفاده از تابع نسبت شباهت (lr) و تابع نسبت شباهت عمومی (glr) به ترتیب درحالت هایی که ضرائب لحظه ای کانال دانسته فرض شده اند و از تخمین حداکثر شباهت این ضرائب استفاده شده است نیز مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین یک تابع ترکیب انرژی ها به نام تابع نسبت شباهت متوسط (alr) جهت استفاده از پارامترهای توزیع محوشدگی ها پیشنهاد شده است. نتایج شبیه سازی ها بر عملکرد بهتر الگوریتم پیشنهادی نسبت به تابع ترکیب نسبت شباهت عمومی و عملکرد قابل مقایسه ی آن با تابع نسبت شباهت درمقابل پیچیدگی محاسباتی کم تر و فرض های عملی منطقی تر آن دلالت دارند. نتایج شبیه سازی ها نشان داده است که هر چه تفاوت بین مقادیر snr خوشه ها بیشتر باشد، استفاه از توابع تصمیم گیری مبتنی بر تابع نسبت شباهت عملکرد بهتری نسبت به حالت ترکیب خطی انرژی ها با ضرایب یکسان خواهند داشت. به عنوان مثال با فرض وجود چهار خوشه با snrهای ?[-13,-6,6,13]?^t db بهبود در عملکرد سنجش طیف برای الگوریتم های glr، alr و lr به ترتیب برابر با 1.25db، 2.39db و 3.39db است. درحالی که این مقادیر برای snr=?[-7,-3,3,7]?^t db به 0.46db، 1.12db و 2.81db کاهش می یابد. در بخش پایانی این رساله تاثیر وجود همبستگی بین ضرایب مربوط به محوشدگی های مقیاس کوچک کانال های بین فرستنده ی اولیه و حسگرهای مشارکت کننده و عدم استفاده از آن در طراحی آشکارساز مورد بررسی قرار گرفته و الگوریتم پیشنهادی alr به حالتی که محوشدگی مقیاس کوچک کانال ها همبسته هستند نیز تعمیم داده شده است. نتایج شبیه سازی نشان داده اند هرچه تعداد حسگرها با مشاهدات همبسته بیشتر شود، اثر در نظر گرفتن این همبستگی در طراحی آشکارساز نمایان تر خواهد شد. به عنوان مثال با فرض وجود همبستگی یکسان r=0.3 بین مشاهدات حسگرها، با افزایش تعداد حسگرها از 5 به 7، نسبت احتمال آشکارسازی با استفاده از alr همبسته نسبت به احتمال آشکارسازی با استفاده از alr بدون در نظر گرفتن همبستگی از 0.8db به 2.8db افزایش می یابد.