بازیابی کور پارامترهای کدگذار در فرستنده (مانند طول کد، طول پیام و ماتریس بررسی درستی) از روی سیگنال دریافتی، در حالت کلی یک مسئله پیچیده است و با افزایش نرخ خطای کانال یا طول کد، این پیچیدگی به شدت افزایش می یابد. روش های مورد استفاده در بازیابی، مبتنی بر ارضاء معیار است. همیشه امکان ارضاء معیار توسط یک تصمیم غلط و یا عدم ارضاء توسط یک تصمیم درست وجود دارد. در این پایان نامه فرض شده است که تنها از طول کد آگاهی داریم و دیگر پارامترها مجهول هستند، اما الگوریتم های ارائه شده در این پایان نامه برای حالتی که طول کد نیز مجهول می باشد، همچنان کارآ است. در فرآیند کدگذاری n-k بیت افزونگی، از روی k بیت پیام ساخته شده و با اضافه شدن بیت های افزونگی به بیت های پیام کلمات کد ساخته می شوند. برای رسیدن به اهداف تعیین شده، از روابط بین بیت های افزونگی که توسط کدگذار ایجاد گردیده استفاده می کنیم. در ابتدا روشی بر پایه ی حذف گوسی برای بازیابی سطرهای ماتریس بررسی درستی یک کد بلوکی ارائه می شود. الگوریتم حذف پریتی در حقیقت عکس فرآیند کدگذاری را پیش می گیرد و سعی می کند بیت های افزونگی به بیت های تمام صفر در کلمه کد تبدیل شوند. با حذف بیت های افزونگی و ذخیره سازی هر مرحله حذف، چگونگی ایجاد بیت های افزونگی را آشکار سازیم. بنابراین با استفاده از روش حذف، فضای جستجو بسیار کاهش می یابد. در الگوریتم حذف پریتی نیار به فرض بر روی وزن کلمات کد دوگان مورد جستجو نمی باشد. پیچیدگی الگوریتم حذف پریتی از مرتبه (o(n^3 و حافظه مورد نیاز در این روش از مرتبه (o(n^2 است. اما همچنان این روش نیز مانند تمام روش های موجود نمی تواند ماتریس بررسی درستی را به طور کامل بازیابی کند. در نتیجه، نمی توان عملیات کدبرداری را به طور کامل انجام داد. همچنین در این پایان نامه، شرایط مورد نیاز برای بازیابی تمام سطرهای ماتریس بررسی درستی مورد بررسی قرار می گیرد و دلیل ضعف الگوریتم معرفی شده در بازیابی تمام سطرهای ماتریس بررسی درستی ارائه می گردد. برای جبران این ضعف، الگوریتمی برای شناسایی کلمات کد آغشته به نویز معرفی می شود که با استفاده از آن می توان خطا در ماتریس داده های دریافتی از کانال را کاهش داد و شرایط را برای بازیابی کامل ماتریس بررسی درستی آماده ساخت.

در این رساله به کدهای ldpc با ساختار پروتوگرافی و کاربردهای کدهای ldpc در کانال های بی سیم و کدگذاری با نرخ وفقی می پردازیم. در سال های اخیر نشان داده شده است که ساختارهای پروتوگرافی، نه تنها قابلیت رسیدن به ظرفیت شانون را دارند بلکه از ویژگی پیاده سازی راحت تری نیز برخوردارند. یکی از مشکلات مطرح در طراحی کدهای ldpc به ویژه کدهای با ساختار پروتوگرافی، مساله کاهش کف خطای این کدها می باشد. برای همین، راهکاری برای کاهش کف خطای کدهایldpc با حذف دورهای تشکیل دهنده مجموعه های گیرانداز ارائه می کنیم. برای این کار از فرابری دوری گراف پایه به نحوی استفاده می کنیم که دورهای مشکل ساز را در گراف پایه به دورهایی با طول بلندتر تبدیل کنیم. سپس، این روش را برای کدهای نامنظمی که مجموعه های گیرانداز آن ها در دسترس نمی باشد گسترش داده و به طراحی کدهایی با طول محدود مناسب که در هر دو ناحیه آبشاری و کف خطا به خوبی کار می کنند می پردازیم. در گام بعدی، کاربرد کدهایldpc در کانال های بی سیم به ویژه حالتی که تخمین درستی از کانال نداریم را مورد بررسی قرار می دهیم. برای این حالت تقریب لگاریتم نسبت درست نمایی (llr) کانال را بر مبنای سری تیلور مورد مطالعه قرار داده و نشان می دهیم که روش پیشنهادی در عین سادگی بسیار کارامد است. در نهایت برای کاربردهای بی سیم، طرح های متنوع غربال گری کدهایldpc را برای طول های محدود مورد مطالعه قرار داده و طرح پیشنهادی که قادر است به صورت کارامد در هر دو ناحیه آبشاری و کف خطا کار کند ارائه می کنیم.

فیدبک به عنوان بخشی از سیستم های مخابراتی، در برخی از کانال ها و شبکه ها سبب افزایش نرخ های قابل حصول و یا ظرفیت می شود. ولی حتی در صورت عدم افزایش ظرفیت، فیدبک به روش های مختلف می تواند ارسال اطلاعات را تسهیل کرده و بهبود ببخشد. بنابراین بررسی ارسال اطلاعات در شبکه ها در حضور فیدبک اهمیت زیادی دارد. در این میان شبکه ی رله نیز به عنوان یکی از شبکه های رایج در سیستم های مخابراتی امروز، مانند شبکه های حس گر، اقتضائی و بی سیم، همواره مورد توجه پژوهش گران حوزه ی نظریه ی اطلاعات بوده است. با توجه به این مسائل، در این پایان نامه به بررسی فیدبک در شبکه ی رله می پردازیم. در این پایان نامه، مدل یک شبکه ی رله با دو رله را در نظر می گیریم. در این مدل، هر کدام از رله ها تلاش می کند تا بیشترین اطلاعات را در مورد پیام فرستنده به گیرنده ارسال نماید و گیرنده از اطلاعات هر دو رله برای رفع ابهام خود نسبت به پیام فرستنده استفاده می کند. یک یال مستقیم نیز از فرستنده به گیرنده وجود دارد. برای بررسی فیدبک در این شبکه دو ساختار پاره ای در نظر می گیریم. در ساختار اول، یک یال فیدبک از گیرنده به فرستنده را فرض می کنیم. در این ساختار، فرستنده از طریق یال فیدبک از اطلاعات فشرده شده ی رله ها که به گیرنده ارسال کرده اند، اطلاع پیدا می کند و همین مسئله باعث ایجاد هم کاری بین فرستنده و رله ها می شود. برای اثبات نرخ قابل حصول این شبکه، از رهیافت "فشرده سازی-گسیل" و ترکیب "افرازبندی تصادفی" و "افرازبندی یقینی" برای "کدبرداری محدودشده" استفاده می کنیم. در بعضی مراحل کدبرداری نیز، روش کدبرداری توأم را به کار می بریم. در ساختار دوم، دو یال فیدبک از رله ها به فرستنده را در نظر می گیریم. این مدل باعث می شود که فرستنده و رله ها هم کاری کامل با یک دیگر داشته باشند. برای این مدل دو نرخ قابل حصول به دست می آوریم. نرخ اول با استفاده از رهیافت "فشرده سازی-گسیل" و "افرازبندی تصادفی" به دست می آید. برای اثبات قابلیت حصول نرخ دوم از ترکیب رهیافت های "کدبرداری-گسیل" و "فشرده سازی-گسیل"، "افرازبندی تصادفی" و "افرازبندی یقینی" برای "کدبرداری محدودشده" استفاده می کنیم.

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.

با پیشرفت روزافزون مخابرات بی سیم و افزایش روزافزون تعداد کاربران در چند دهه اخیر، دیگر سیاست فعلی تخصیص طیف جواب گوی نیازمندی های موجود نیست. بدین منظور ایده اولیه شبکه های رادیو شناختی در جهت افزایش بهره وری طیفی مطرح شده و تاکنون توجه بسیاری از محققین را به خود جلب نموده است. در شبکه رادیو شناختی، کاربران پارامترهای فرستندگی و گیرندگی خود را به نحوی تنظیم می نمایند تا با حداقل تداخل با کاربران دیگر، از طیف های خالی موجود استفاده نمایند. بنابراین، سنجش مطمئن طیف به عنوان مهم ترین عامل تحقق عملیاتی شبکه رادیو شناختی است که می بایست به صورت بهینه ای با توجه به منابع موجود صورت پذیرد. اما عوامل محیطی همچون اثرات فیدینگ و سایه، عملکرد سنجش طیف را بشدت پایین می آورند. در این پایان نامه، اثر سایه همبسته را در هر دو کانال سنجش و ارسال بررسی می نماییم و نشان می دهیم که با توجه به وجود چنین همبستگی بین مشاهدات در شرایط محیطی واقعی، لحاظ کردن این اثر ضروری است. همچنین با در نظر گرفتن عدم قطعیت در تخمین توان نویز، اهمیت آن را در تعیین عملکرد سنجش طیف، مورد تحلیل قرار می دهیم. در نهایت در این پایان نامه، ساختار عملی تری را در سنجش طیف نسبت به موارد پیشنهاد شده قبلی مورد بررسی قرار می گیرد و با ارائه راهکارهای مناسب، سعی بر بهبود عملکرد ساختار مورد بررسی داریم. در این پایان نامه، در قالب دو رویکرد ارائه شده مبتنی بر سنجش مشارکتی طیف و در شرایط کانال سایه، به بهینه سازی ساختارهای ارائه شده می پردازیم. در رویکرد اول، هدف تعیین توان ارسالی کاربران ثانویه به منظور کنترل هم زمان توان کل و تک تک کاربران به همراه کنترل احتمالات آشکارسازی و هشدار اشتباه است. در رویکرد دوم، بهینه سازی در ترکیب مشاهدات دریافتی در مرکز ترکیب صورت می پذیرد و همچنین در محاسبه ضرائب از معیار نسبت انحراف برای کاهش پیچیدگی استفاده می شود. شبیه سازی های انجام شده بهبود عملکرد رویکردهای پیشنهادی را در مقابل رویکردهای موجود نشان می-دهند و همچنین نشان داده شده است که افزایش کاربران مشارکت کننده باعث بهبود بیشتر عملکرد می-شود. همچنین در شبیه سازی ها نشان داده شده است که ساختار سنجش طیف برای راهکارهای پیشنهادی با استفاده از تئوری بهینه سازی عملکرد به مراتب بهتری نسبت به روش های متداول دارد.

قرار گرفتن در معرض نویزهای شدید صوتی برای انسان ها هم از لحاظ جسمی و هم از لحاظ روحی مشکلاتی را ایجاد می کند و علاوه بر آن می تواند باعث ایجاد مزاحمت در اجرای وظایف فردی و گروهی گردد. این مشکل در داخل کابین خودرو با وجود تعدد منابع نویز، دو چندان می شود. سیستم های فعال حذف نویز (anc) بر پایه ی اثر حذف کنندگی تداخل دو موج صوتی هم دامنه و هم فرکانس با فاز مخالف ساخته می شوند. این کار با صرف هزینه ی کمتر نسبت به روش های غیر فعال، می تواند میزان نویز صوتی را به مقدار قابل توجهی –خصوصا در فرکانس های پایین- کاهش دهد. سیستم های anc از یک یا چند بلندگو و میکروفون و یک پردازنده تشکیل می شوند و از لحاظ ساختاری دارای انواع مختلفی می باشند (پیش خور، پس خور، ترکیبی، …). تاکنون الگوریتم های متفاوتی نیز برای پیاده-سازی سیستم های anc پیشنهاد شده است. اما به علت متغیر با زمان بودن نویز محیط و تغییرات دائمی مشخصات آماری آن، در تمامی این پیاده سازی ها از الگوریتم های وفقی به عنوان هسته اصلی حذف نویز استفاده می شود (lms و خانواده آن، rls، ap و …). از آن جا که برای این پیاده سازی ها، نیاز به پردازش بلادرنگ سیگنال است، تنها می توان از الگوریتم های با پیچیدگی پایین در آن ها استفاده نمود. با این رویکرد، در این پروژه، در گام اول، الگوریتم nsaf با اندازه گام متغیری طراحی می کنیم که علاوه بر سرعت هم گرایی بالا و خطای emse پایین، از پیچیدگی محاسباتی فوق العاده پایینی نیز برخوردار است. این الگوریتم نه تنها در سیستم های anc، که در هر کاربرد شناسایی یا متعادل سازی دیگری نیز قابل استفاده است. در گام دوم، هدف، معرفی و طراحی سیستمی است که قادر است نویز صوتی داخل کابین یک خودرو را در محدوده سر راننده کاهش دهد. این کار به طور معمول توسط سیستم های پیش خور صورت می گیرد. اما در این پروژه ما قصد داریم شدنی بودن استفاده از یک سیستم فیدبکی را نیز در خودرو مورد بررسی قرار دهیم تا بتوان با استفاده از ساختارهای anc ترکیبی (ترکیب سیستم های پیش خور و پس خور) کاهش نویز بیشتری را ایجاد کرد. به همین منظور، جهت تحت تاثیر قرار ندادن صحبت مسافرین، دو راه حل پیشنهاد می شود: اول جدا نمودن آن از سیگنال نویز و دوم، غیر فعال کردن بخش فیدبکی هنگام صحبت مسافرین. در مورد اخیر، باید از یک سیستم تشخیص وجود گفتار استفاده نمود که در این جا با بررسی و معرفی چند نمونه، برای افزایش کارایی آن نیز، یک سیستم بهبود کیفیت صحبت پیشنهاد شده و مورد بررسی قرار می گیرد. در نهایت، یک سیستم پیش خور باند باریک 2 کاناله را روی بورد dsk شامل پردازنده tms320c6713 و توسط یک میکروفون خطا و دو بلندگو پیاده سازی می کنیم. نتایج این پیاده سازی برای سیگنال نویز موتور شبیه سازی شده، تا حداکثر db40 کاهش را نشان می دهد.

کدها با ماتریس درستی کم چگال یا به اختصار ldpc از جمله کدهای تصحیح خطای مدرن می باشند که در دهه اخیر بسیار مورد توجه محققین نظریه کدینگ قرار گرفته اند. اگرچه بسیاری از این تحقیقات در کانال های نقطه به نقطه صورت پذیرفته است، اما اخیرا طراحی این کدها در شبکه های اطلاعاتی از موضوعات جذاب تحقیقاتی در این حوزه می باشد. از این رو در این پایان نامه دو الگوریتم بهینه سازی جهت طراحی کدهای ldpc در برخی از شبکه های اطلاعاتی پیشنهاد داده شده است. هدف اصلی مدل های پیشنهادی، طراحی کدهای کانال مناسبی است که سازگار با شرایط و ساختارهای شبکه بوده و قادر به تصحیح خطا در یک دامنه منطقی از پارامترهای طراحی باشد. قابل توجه است که طراحی در شرایط عملی و اجتناب از فرضیات غیرمنطقی در طراحی الگوریتم ها بسیار مورد توجه است. در طرح اول، گره های شبکه مستقل از هم فرض شده و الگوریتم بهینه سازی بر اساس بیشینه کردن مجموع نرخ ها با کمک نمودار انتقال اطلاعات خارجی ارائه می شود. در این راستا مساله را توسط روش های بهینه سازی درجه دوم مخروطی نظیر مخروط های لورنتز بازنویسی و حل کردیم. طرح دوم شامل طراحی کدهای ldpc در کانال رله نازل به عنوان شبکه اطلاعاتی با کاربران وابسته می باشد. توانستیم الگوریتم طراحی کد را با اعمال تغییرات مناسب از مساله ی بهینه سازی غیرخطی به شکل خطی ساده نماییم. هدف اصلی این الگوریتم نیز، بیشینه کردن مجموع نرخ های اطلاعاتی شبکه با توجه به فشرده ترین نرخ های منابع ممکن در ناحیه اسلپین-ولف می باشد. از آن جا که وجود ناحیه مشترک ناتهی میان ناحیه اسلپین-ولف و ناحیه ظرفیت کانال در این حالت ضروری است، این شرط را به عنوان قیدهای مناسب به الگوریتم افزودیم. این دو طرح منجر به دستیابی نرخ های بهینه با استفاده از کدهای ldpc مناسب برای شبکه های اطلاعاتی می گردد.

بررسی قابلیت اعتماد به دریافت صحیح و به موقع پیام های ایمنی پخش شده در شبکه های خودرویی اقتضایی از اهمیت ویژه ای برخوردار است؛ زیرا این پیام ها حاوی اطلاعاتی هستند که می تواند از بروز حوادث خطرناک که منجر به خسارات جانی و مالی شوند، جلوگیری کند. در این پایان نامه، به منظور بهره بردن از خواص پنجره رقابت بزرگ در کاهش احتمال تصادم های ناشی از ارسال های همزمان، تحلیلی بر روی تأخیر سرویس دهی بر پیام های ایمنی انجام می دهیم. برای رسیدن به این هدف، ما مدل تحلیلی را ارائه می دهیم که رفتار گره ها را برای دسترسی به کانال مدل سازی می کند و اثر متقابل میزان اشغالی کانال و رفتار گره های شبکه برای دسترسی به کانال بر روی هم را نشان خواهد داد. از ویژگی های مدل ارائه شده که آن را از سایر مدل ها متمایز می کند این است که این مدل قادر است احتمال منقضی شدن هر تعداد بسته متوالی وارد شده به صف را به علت زیاد شدن تأخیر سرویس دهی به آن ها بر حسب پنجره رقابت و میزان اشغال بودن کانال محاسبه کند. به طور کلی تر، این مدل به ما کمک می کند تا بتوانیم بزرگترین پنجره رقابت را بر اساس میزان اشغالی کانال به گونه ای پیدا کنیم که قید لازم برای ارسال به موقع یک بسته ایمنی بر آورده شود.

ر این پایان نامه نظریه هماهنگی را به عنوان مسأله ای کلی تر از مسأله ی صرفا مخابراتی که هدف آن ارسال منابع اطلاعاتی و بازسازی فرآیندهای تصادفی در شبکه ای از گره های توزیع یافته است، بررسی می کنیم. در حقیقت، مسائل صرفا مخابراتی زیرمجموعه ای خاص از این دست مسائل هستند. هدف مطرح شده در این پایان نامه آن است که با حداقل مخابره ی اطلاعات مبادله شده ی موردنیاز بر روی یال های با ظرفیت محدود بین گره های شبکه، مجموعه های قابل حصول از توزیع های مشترک وظایف قابل انجام توسط گره ها را تعیین کنیم. برای این دسته از مسائل، هماهنگی عمومی و هماهنگی خصوصی را معرفی می کنیم. منظور از هماهنگی عمومی، ایجاد یک همبستگی بین تمام گره های موجود در شبکه، بدون در نظر گرفتن اولویت یا برتری در سطح دسترسی به منابع اطلاعاتی هر گره است و مقصود از بیان هماهنگی خصوصی ایجاد یک همبستگی با توزیع احتمال مشترک مطلوب بر روی زیرمجموعه ای از گره های موجود در شبکه است که هدفی خاص برای انجام وظیفه ای محرمانه را پیگیری می کنند. معیار ما برای ایجاد هر دو نوع همبستگی، هماهنگی قوی می باشد که برای مدل ارائه شده، شبیه به کانال پخشی، بدون در نظر گرفتن منابع تصادفی مشترک، کران درونی قابل حصولی را ارائه می کنیم.

سنجش طیف از اهمیت ویژه¬ای در شبکه¬های رادیو شناختی برخوردار است. در این پایان¬نامه، سنجش طیف مشارکتی در شبکه¬های رادیو شناختی مورد بررسی قرار می¬گیرد. ابتدا، روش¬های رایج در سنجش طیف مختصراً شرح داده می¬شود. آشکارساز انرژی به¬دلیل عدم نیاز به اطلاعات سیگنال کاربر اولیه و پیاده¬سازی ساده، برای سنجش طیف انتخاب می¬گردد. سپس، برای بهبود عملکرد سنجش طیف، آشکارساز انرژی بهبودیافته مطرح می¬شود. در این روش آشکارسازی، از نرم بهینه¬ی نمونه¬های سیگنال دریافتی به عنوان متغیر تصمیم¬گیری استفاده می¬شود. نتایج شبیه¬سازی نشان می¬دهد که استفاده از آشکارساز انرژی بهبودیافته، باعث افزایش احتمال آشکارسازی شبکه¬ی رادیو شناختی و کاهش تداخل با شبکه¬ی اولیه می¬گردد. در ادامه، سنجش طیف مشارکتی متمرکز با استفاده از آشکارساز انرژی بهبودیافته پیشنهاد گردیده و روابط مربوط به ترکیب نرم بهینه، استخراج می¬شود. برای محاسبه¬ی سطح آستانه¬ی مرکز ترکیب در روش¬های ترکیب نرم، تئوری یک روش تقریب تابع توزیع تجمعی برای مجموع چند متغیر تصادفی با توزیع گاما و با پارامترهای مقیاس متفاوت، ارائه و اثبات می¬گردد. نتایج شبیه¬سازی نشان می¬دهد که ترکیب نرم بهینه با استفاده از آشکارساز انرژی بهبودیافته، باعث افزایش عملکرد آشکارسازی در مقایسه با آشکارساز انرژی رایج می¬شود. سپس، به-منظور کاهش اثر خطای کانال گزارش در عملکرد شبکه¬ی رادیو شناختی، یک روش برای آشکارسازی مشارکتی بر اساس خوشه¬بندی و با استفاده از آشکارساز انرژی بهبودیافته در کانال رایلی پیشنهاد می-گردد. نتایج شبیه¬سازی، نشان دهنده¬ی بهبود عملکرد آشکارسازی در روش پیشنهادی نسبت به روش رایج و برای هر دو نوع آشکارساز انرژی رایج و بهبودیافته، می¬باشد.

در این پایان نامه یک شبکه اقتضایی با تعدادی جفت فرستنده و گیرنده و تعدادی رله با هدف یافتن ضرایب شکل دهی پرتو در رله ها به منظور کنترل توان ارسالی رله ها در نظر گرفته شده است. در این مساله هر فرستنده می خواهد از طریق شبکه اقتضایی رله ها اطلاعات خود را به گیرنده مورد نظر خود برساند همچنین فرض بر این است که به دلیل نبود کانال پس خورد مناسب، تخمین ناصحیح اطلاعات کانال و ماهیت متغیر با زمان بودن کانال، اطلاعات کامل وضعیت کانال در دسترس نیست. برای مقاوم کردن مساله در برابر تغییرات ضرایب کانال روش آماری را به عنوان راه برد حل مساله برگزیده ایم به این صورت که خطای ناشی از تخمین صحیح ضرایب را با یک متغیر تصادفی با توزیع گوسی به میانگین صفر و واریانس معلوم مدل نموده ایم. در این جا هدف حل کردن مساله حداقل نمودن توان ارسالی در رله ها، به شرط آنکه احتمال برآورده نمودن کیفیت سرویس از یک آستانه مشخص بیش تر باشد است. با توجه به این که قید احتمالی اولیه ساختار محدب ندارد، حل این مساله در حالت کلی امکان پذیر نیست. در نوآوری مطرح شده در این پایان نامه، برای حل این مساله، با استفاده از یک روش آماری یک کران پایین برای مساله به دست آورده ایم و نشان داده ایم که این کران پایین یک مساله نامحدب با قید رتبه ماتریسی است. با استفاده از روش رها سازی این مساله را به یک مساله محدب تبدیل نموده ایم. برای یافتن جواب-های مساله نامحدب اولیه از روی جواب های مساله رهاشده از الگوی تصادفی سازی در حالت کلی استفاده شده است. در قسمت شبیه سازی بررسی و مقایسه میزان مقاوم بودن روش مطرح شده در این پایان نامه در برابر تغییرات ضرایب کانال و همچنین مقایسه روش تصادفی سازی و حل مساله رها سازی شده به ازای تعداد کاربران مختلف، مقادیر مختلف واریانس خطا و احتمال قطع های مختلف می پردازیم.

در دهه ی گذشته مخابرات مشارکتی برای غلبه بر کاستی های ارتباطات بی سیم ‏از طریق افزایش قابلیت اطمینان سیستم,‎ ‎‏افزایش‎ مرتبه چندگانگی سیستم و کاهش توان ارسالی نسبت به حالت انتقال مستقیم,‎‎‎ توجه زیادی را به خود جلب کرده است. رله های مشارکتی با ایجاد چندین منبع مجازی که همان اطلاعات منبع اصلی را انتقال می دهند باعث می شوند که در گره مقصد نمونه های متعدد مستقلی از سیگنال ارسالی از منبع را دریافت کند که بهبود عملکرد شبکه های بی سیم را به دنبال دارد. علاوه بر این هنگامی که رله ها در ‏مجاورت لبه شبکه قرار می گیرند می توانند پوشش اضافی برای شبکه در نقاط کور ایجاد کنند. با توجه به اینکه با استفاده از رله مشارکتی می توان با سطح توان کمتری, تبادل اطلاعات انجام داد‎,‎ تداخل در شبکه با استفاده از طرح رله مشارکتی نسبت به انتقال نقطه به نقطه کاهش می یابد‎.‎ شبکه رله دوطرفه به عنوان اساسی ترین نوع شبکه رله معرفی شده است. طراحی شبکه مشارکتی بهینه نیازمند درک دقیقی از تمام عوامل موثر بر عملکرد سیستم می باشد. اکثر ‏کارهایی‎ ‎که در زمینه شبکه رله دوطرفه با پروتکل ‎‏کدبرداری و ارسال انجام گرفته است با در نظر گرفتن نویز و محوشوندگی کانال می باشد. یکی از فاکتورهای مهم موثر بر کارآیی شبکه, ‎‏‎‎‎تداخل کانال همکار می باشد. ‏تداخل کانال همکار به صورت تداخل حاصل از سیگنال های ارسالی از فرستنده های اطراف گیرنده خودی تعریف می شود. هنگامی که گیرنده خودی در حال دریافت اطلاعات است به صورت همزمان سیگنال های ارسالی از فرستنده های اطراف را نیز دریافت می کند که این سیگنال ها تاثیر مخربی بر سیگنال دریافتی در گیرنده دارند. در این پایان نامه به تجزیه و تحلیل عملکرد شبکه رله دوطرفه با پروتکل دیکد و ارسال در حضور تعداد محدودی تداخل کانال همکار که در رله و منابع تأثیر می گذارند‎, می پردازیم. ‎‏همچنین به بررسی ‏شبکه رله برای طرح های دو و سه شکاف زمانی می پردازیم و نشان می دهیم که با افزیش تعداد تداخل و‎‏‎/یا ‎‏توان‎‎‎ تداخل کیفیت سرویس شبکه کاهش می یابد و با درنظر گرفتن نسبت توان تداخل به توان ارسالی ثابت,‎ ‎‎‏ عملکرد سیستم به یک مقدار ثابت همگرا می شود.

امروزه بعلت ازدیاد سرویس های مخابرات بی سیم و تقاضا برای نرخ ارسال بیشتر، همچنین به علت کمبودهای طیف فرکانسی طبیعی، واضح است که پارادایم های سنتی تخصیص طیف نمی تواند ملزومات رویه افزایش ادوات بی سیم و گسترش فراوان کاربردهای اینترنت سیار را فراهم کند. در نتیجه یک ایده نو یعنی رادیو شناختگر مطرح شد تا اینکه مشکلات کاهش منابع طیفی را کاهش دهد. بر خلاف استفاده انحصاری از طیف، در تسهیم طیف شبکه های رادیو شناختگر به کاربرانی که مجوز ندارند یعنی کاربران ثانویه اجازه بهره برداری از طیف داده می شود مادامی که قابلیت اطمینان ارتباط و ارسال شبکه اولیه حفظ شود (underlay model). همچنین در این بین برای افزایش بازدهی طیفی، شبکه دوطرفه برای استفاده در شبکه رادیوی شناختگر مشارکتی پیشنهاد می شود. به دلیل پیچیدگی پیاده سازی این شبکه ها مدل underlay برای این شبکه ها مطرح گردید که به دلیل نیاز نداشتن به حس طیف و امکان استفاده همزمان کاربران اولیه و ثانویه از طیف مدل مناسبی می باشد. در مدل underlay توان نودها در شبکه ثانویه به قید های مشخصی محدود می شود. در این پایان نامه به تجزیه و تحلیل همزیستی شبکه اولیه و شبکه ثانویه از نقطه نظر عملکرد سیستم می پردازیم. با توجه به تسهیم فرکانسی که در مدل underlay وجود دارد، تاثیر ارسال های هر یک از شبکه ها که برای شبکه دیگر به شکل تداخل ظاهر می شود با در نظر گرفتن الگوریتمی که توان کاربران ثانویه را محدود می کند برای کانال های متفاوت رایلی و ناکاگامی و برای پروتکل های رایج مخابرات مشارکتی یعنی تقویت و ارسال و کد برداری و ارسال را از نگاه عملکرد و کارایی دو شبکه مورد بررسی قرار می دهیم. در ابتدا در شبکه های چند پرشی برای استفاده از طیف شبکه اولیه بر اساس روش underlay کیفیت سرویس کاربران اولیه را از منظر احتمال قطع تامین می کنیم و متریک های کارایی شبکه ثانویه یعنی احتمال خطای سمبل، احتمال قطع را مورد ارزیابی قرار خواهیم داد. در این سناریو نشان خواهیم داد که کاهش تعداد پرشها موجب بهتر شدن عملکرد شبکه می شود. در ادامه با عنایت به اینکه بازدهی طیفی شبکه های دوطرفه بهتر از شبکه های سنتی یک طرفه می باشد، یک سناریوی رادیو شناختگر مبتنی بر رله دو طرفه تقویت و ارسال را درحضور کانال رایلی، معرفی خواهیم کرد. در این سناریو هم زیستی کاربران اولیه و ثانویه را از نگاه عملکرد دو شبکه مورد بررسی قرار خواهد گرفت. در ادامه به بررسی عملکرد شبکه ثانویه خواهیم پرداخت و کران پایینی برای احتمال خطای سمبل و احتمال قطع و همچنین کران بالایی برای نرخ قابل حصول این شبکه ارائه خواهیم داد. در این سناریو نشان خواهیم داد که هر قدر الزامات کیفیت سرویس کاربران اولیه را تخفیف دهیم، کارایی کاربران ثانویه بهبود می یابد. یکی از روش های ساده بهبود عملکرد شبکه مشارکتی، افزودن تعداد کاربران به عنوان رله است، اما افزایش کاربران با این هدف مشکلاتی نیز به همراه دارد. افزایش توان مصرفی شبکه و نیاز به منابع زمانی و فرکانسی بیشتر (در صورت ارسال متعامد) نمونه هایی از این مشکلات هستند بنابراین در ادامه در پی مرتفع کردن این مشکلات بر خواهیم آمد و ایده ی انتخاب بهترین رله، برای حل این مشکلات را مطرح خواهیم کرد. در سناریوی مطرح شده، کاربران ثانویه اطلاعات خود را از بین چندین رله موجود توسط بهترین رله، یعنی رله ای که حداکثر sinr را در گیرنده ها ایجاد می کنند، انتقال می دهند. در این شبکه احتمال قطع را برای کاربران اولیه و ثانویه بررسی کردیم و نشان دادیم که با افزایش آستانه احتمال قطع شبکه اولیه، کارایی شبکه ثانویه بهبود می یابد. همچنین ثابت کردیم که سناریوی پیشنهادی به دایورسیتی کامل می رسد. ضمنا اثبات میکنیم که با افزایش تعداد رله های موجود کارایی شبکه ثانویه بهتر می شود. در ادامه با توجه به اینکه مدل فیدینگ ناکاگامی برای توصیف نوسانات آماری سیگنال های دریافتی از کانال های فیدینگ چند مسیری بطور وسیع در مخابرات بی سیم بهکار می رود، سناریو های قبلی را به مدل فیدینگ ناکاگامی گسترش داده و عملکرد سیستم رادیو شناختگر را در حضور این نوع فیدینگ مورد مطالعه قرار خواهیم داد و متریک های عملکرد را در مورد این سیستم به دست خواهیم آورد. در ادامه به بررسی تاثیر تداخل و نویز بر عملکرد شبکه رله دوطرفه با پروتکل کدبرداری و ارسال می پردازیم و یک سناریوی جامع و عملی را معرفی خواهیم کرد و در ادامه مقدار دقیقی برای احتمال خطای سمبل و احتمال قطع و همچنین کران بالایی برای نرخ قابل حصول به فرم بسته بهدست خواهیم آورد. نشان خواهیم داد با افزایش توان یا تعداد تداخل بر سیستم، کارایی سیستم به طور محسوسی کاهش مییابد. همچنین اثبات می کنیم که با افزایش توان ارسالی بعد از یک snr خاص سیستم به اشباع میرود که به این دلیل است که در snr های بالا اثر نویز در قیاس با تداخل ضعیف شده و قابل چشم پوشی می شود و لذا نسبت توان سیگنال به توان تداخل که مقدار ثابتی می شود، در رفتار سیستم تعیین کننده خواهد بود. بنابراین عملکرد به سمت یک مقدار ثابت میل می کند.

در این پایان نامه روش هایی بر بهبود الگوریتم غیرپارامتری وزنی ارائه شده است. با توجه به این موضوع که هسته الگوریتم غیر پارامتری وزنی افزایشی، الگوریتم غیر پارامتری وزنی می باشد این پایان نامه الگوریتم-هایی جدید برای بهبود سرعت و دقت الگوریتم های غیرپارامتری وزنی ارائه می کند و سپس از آن ها برای بهبود الگوریتم غیرپارامتری وزنی افزایشی بهره می برد. مبنای پردازش در این تحقیق استفاده از تابع وزن جدید و روش های انتخاب و استخراج ویژگی می باشد. در این پایان نامه مهم ترین روش های کاهش بعد هم-چون تحلیل مولفه های اصلی، تحلیل تمایز خطی، تحلیل تمایز غیرپارامتری ارائه نموده ایم و در ادامه الگوریتم هایی برای بهبود سرعت و همگرایی مثل تحلیل مولفه های اصلی افزایشی، تمایز خطی افزایشی، تمایز غیرپارامتری استاندارد و وزنی افزایشی، تحلیل غیر پارامتری وزنی پراکندگی، تحلیل غیر پارامتری وزنی ترتیبی، تحلیل غیرپارامتری وزنی مشتق و انواع الگوریتم های انتخاب ویژگی پرداخته ایم. که نتیجه کار 5 الگوریتم جدید برای بهبود سرعت و دقت الگوریتم غیر پارامتری بوده است؛ که الگوریتم های ارائه گردیده برای بهبود سرعت اجرا الگوریتم، در روش فاصله به میزان بیشتر از 11% و در الگوریتم پراکندگی دقت به بیشتر از میانگین 15% منتهی گردیده است که قابلیت استفاده در الگوریتم غیرپارامتری وزنی افزایشی را دارا می باشند؛ هم چنین برای بهبود دقت الگوریتم های تحلیل غیر پارامتری وزنی پراکندگی، تحلیل غیر پارامتری وزنی ترتیبی، تحلیل غیرپارامتری وزنی مشتق ارائه گردیده است؛ و در نهایت، نتایج بهبود هسته الگوریتم غیر پارامتری وزنی را بر روی الگوریتم غیر پارامتری وزنی افزایشی نمایش داده ایم که باعث بهبود سرعت اجرا الگوریتم به میزان بیشتر از 20% و دقتی بیشتر از 2.5% منتهی گردیده است.

چکیده کدهای بررسی درستی کم چگال (ldpc)، گروهی از کدهای بلوکی هستند که به دلیل عملکرد عالی آن¬ها و با توجه به پیشرفت¬های صنعتی در طراحی مدارهای الکترونیکی، امروزه توجه زیادی را برای استفاده در سیستم¬های مخابراتی به خود جلب کرده¬اند. از طرف دیگر کدهای ldpc شبه دوری (qc-ldpc) ، نوعی از کدهای ldpc هستند که به علت ساختار ماتریس بررسی درستی آن¬ها، برای کاربردهای سرعت بالا و کم توان استفاده می¬شوند. این کدها هم¬چنین دارای پیچیدگی کمتر در کدگذاری و کدبرداری هستند. الگوریتم¬های متعددی برای کدبرداری کدهای بررسی درستی کم چگال ارائه شده است. از میان این الگوریتم¬ها می¬توان دو نوع کدبرداری با معیار سخت مانند الگوریتم معکوس کردن بیت (bf) و کدبرداری با معیار نرم مانند الگوریتم انتشار گمان (bp) را نام برد. الگوریتم انتشار گمان دارای عملکرد عالی می¬باشد. در این پایان نامه طرحی برای کدبرداری کدهای qc-ldpc ارائه می¬شود که پیچیدگی محاسباتی کم¬تری نسبت به الگوریتم انتشار گمان دارد ولی عملکرد آن قابل قبول و نزدیک به الگوریتم انتشار گمان است. در این طرح از الگوریتم کدبرداری لایه¬ای که دارای سرعت همگرایی بیشتر است، استفاده شده است. با توجه به این¬که کدبرداری با استفاده از این الگوریتم در متوسط تعداد تکرار کمتری انجام می¬گیرد، پیچیدگی محاسباتی طرح ارائه شده کمتر خواهد شد.

ویژگی¬های منحصر به فرد شبکه¬های حس¬گر بی¬سیم موجب شده است تا شاهد کاربردهای آن در عرصه¬های گوناگون باشیم. کمتر حوزه¬ای را می¬توان یافت که ردپایی از شبکه¬های حس¬گر در آن یافت نشود. هر جا که گردآوری اطلاعات از محیط مورد نیاز باشد، و این کار از سایر فناوری¬ها ساخته نباشد، حضور شبکه¬های حس¬گر را می¬توان حس کرد. کاربردهای وسیع این شبکه¬ها، توجه دانشمندان و پژوهشگران را به خود معطوف داشته و موجب پیشرفت بیش از پیش فناوری¬های مربوط به آن شده است. همین خصوصیات مثبت، دشواری¬هایی را در تأمین امنیت شبکه¬های حس¬گر به وجود آورده است. ساز و کارهای معمول برای سایر شبکه¬ها، در اینجا کارگر نمی¬افتد. به همین دلیل است که موضوع تأمین امنیت شبکه¬های حس¬گر، به یک موضوع پیچیده و قابل توجه پژوهشی تبدیل شده است. می¬توان گفت تمام پروتکل¬های امنیتی معمول را باید برای شبکه¬های حس¬گر سفارشی کرد. نخستین گام برای داشتن یک شبکه حس¬گر امن، توزیع کلید میان گره¬هاست. یک طرح توزیع کلید بیان می¬کند که به هر حس¬گر باید چه کلیدهایی را اختصاص داد؛ به¬طوری¬که گره¬هایی که نیاز به ارتباط امن دارند بتوانند از یک کلید مشترک برای این کار استفاده کنند. یک طرح توزیع کلید باید محدودیت¬های بسیاری را در نظر بگیرد که میزان حافظه مصرفی و سربار مخابراتی و محاسباتی از آن جمله¬اند. از سوی دیگر، یکی از خطرات مهم و محتملی که امنیت شبکه¬های حس¬گر را تهدید می¬کند، تسخیر حس¬گرها توسط افراد غیرمجاز است؛ به¬طوری¬که اطلاعات ذخیره شده بر روی گره و اختیار هدایت آن به دست دشمن بیافتد. با تسخیر یک گره، نه تنها ارتباطات میان گره تسخیر شده و همسایگانش فاش می¬شود، بلکه با به دست آوردن کلیدها، سایر ارتباطات میان گره¬های تسخیر نشده نیز که از کلیدهای مشابه استفاده می¬کنند، به دست دشمن می¬افتد. میزان ارتباطات آشکار شده، کاملاً به طرح توزیع کلید مورد استفاده بستگی دارد. هر چه درصد ارتباطات آشکار شده به ازای تعداد ثابت گره تسخیر شده کمتر باشد، طرح توزیع کلید را مقاوم¬تر در برابر تسخیر گره می¬خوانند. در این رساله، پس از ارائه دو معیار جدید ارزیابی طرح¬های توزیع کلید و نیز تحلیل طرح¬های موجود، یک طرح و دو فن جدید برای بهبود عملکرد طرح¬های توزیع کلید معرفی می¬شود. طرح جدید، مقاومت بهتری در برابر تسخیر گره دارد. فنون جدید را نیز می¬توان بر روی دسته بزرگی از طرح¬های توزیع کلید (طرح-های موسوم به تصادفی) و حتی بر روی طرح جدید اعمال کرد و مقاومت آن¬ها را در برابر حمله تسخیر، ارتقاء داد. طرح و فنون جدید، میزان حافظه مصرفی را افزایش نمی¬دهند و سربار قابل توجهی به شبکه تحمیل نمی¬کنند. محاسبات انجام شده نشان می¬دهد که میزان افزایش مقاومت در برابر تسخیر گره، بسیار زیاد است.

در این نوشتار کدهای ldpc ساختار گالاگر و مک کی شبیه سازی می شود و تأثیر طول بلوک کد و وزن ستونهای ماتریس بررسی درستی در عملکرد کدها بررسی می شود همچنین نشان داده می شود که این دو ساختار عملکرد مشابهی دارند. کاربرد نوع خاصی از کدهای ldpc در مودمهای adsl بررسی می شود و نشان داده می شود که این کدها در ترکیب با مدولاسیون باینری و چند سطحه عملکرد خوبی دارند و دارای شیب خطا نیستند. به همین دلیل این کدها در کاربردهایی که محدودیت پهنای باند وجود دارد، می تواند مناسب باشد همچنین عملکرد و پیچیدگی این کد با کد tcm در توربو مقایسه می شود.

نظریه سنجش فشرده ، روش نوین پردازشی است که امکان نمونه برداری از سیگنال های تنک یا تقریبا تنک را با نرخی به مراتب کوچک تر از نرخ نایکوئیست فراهم می آورد و با احتمال صحت بالایی قادر به بازیابی سیگنال تنک از طریق تعداد اندکی نمونه های کسب شده است. . در این پایان نامه به بررسی تخمین پارامترهای هدف توسط این روش در رادار mimo پرداخته می شود سپس کاربرد سنجش فشرده در رادار آرایه فازی mimo، معرفی می شود. آنچه به ما اجازه ی استفاده از این روش را در سیستم های راداری داده است تنک بودن اهداف در فضاهایی نظیری زاویه، زاویه-سرعت، فاصله-زاویه، فضای زاویه-سرعت-فاصله و ... است. در این رادارها گیرنده ها سیگنال های دریافتی را برای انجام پردازش مشترک به مرکز ترکیب ارسال می کنند حال با کاربرد نظریه سنجش فشرده می توان نرخ نمونه برداری در این گیرنده ها و حجم اطلاعات ارسالی به مرکز ترکیب را کاهش داد.

با معرفی کدهای lt به عنوان تحققی عملی از فواره دیجیتالی توسط لوبی، تلاش های بسیاری در جهت بهبود عملکرد این کدها صورت گرفت. در بحث بهینه سازی کدهای lt یکی از مهم ترین جنبه ها که مورد توجه بسیاری هم قرار گرفت، بهینه سازی تابع توزیع درجه کدهای lt بود که تعیین کننده بسیاری از خواص مهم این کدها بودند. بدین منظور محققین روش های متنوعی نظیر الگوریتم های تکاملی، روش های بهینه سازی ریاضی و غیر ریاضی را به کار گرفتند. در این پایان نامه نیز بهینه سازی تابع توزیع درجه کدهای lt، با در نظر گرفتن شباهت بالای کدهای lt و ldpc از نظر الگوریتم های کدبرداری و با الهام از روش بکار رفته توسط توکلی برای بهینه سازی تابع توزیع درجه کدهای ldpc، صورت پذیرفته است. در این روش بهینه سازی ریاضی، از یک تغییر فرمولاسیون برای تبدیل مسئله اصلی که یک مسئله نیمه نامحدود بشمار می رود، به یک مسئله بهینه سازی sdp بهره گرفته شده است و نتایج مورد بررسی قرار گرفته اند. در بخش دیگری از این پایان نامه جهت بهبود عملکرد کدهای lt یک الگوریتم کدبرداری نوین براساس تعریف ریپل های از درجات بالاتر (بیشتر از یک)، نیز معرفی شده است.

در اینجا با الهام از روش های حذف مجموعه های توقف ساز در کانال bec، الگوریتمی جهت بهبود آستانه موفقیت الگوریتم های بر پایه تایید (vb) در مبحث سنجش فشرده ارائه می دهیم و نشان می-دهیم این الگوریتم با وجود بهبود آستانه موفقیت، پیچیدگی مساله را افزایش نمی دهد و موجب کاهش سرعت اجرای این الگوریتم ها نیز نمی گردد.

ایده ی رادیوشناختگر به دلیل ارائه ی روشی در جهت استفاده ی کارآمد از طیف فرکانسی، توجه فراوانی را به خود جلب کرده است. از سوی دیگر مخابرات مشارکتی به منظور استفاده ی بهینه از منابع موجود، کاربرد وسیعی در شبکه های رادیوشناختگر دارد. همچنین مالتی پلکسینگ فضایی به عنوان روشی در بهبود نرخ شبکه های چندورودی-چندخروجی، به صورت توزیع شده در شبکه های رادیوشناختگر مشارکتی قابل استفاده است. در این پایان نامه مساله ی نوین مالتی پلکسینگ فضایی در شبکه های رادیوشناختگر مشارکتی را مطرح می کنیم. سیستم پیشنهادی متشکل از دو شبکه ی اولیه و ثانویه است که با بهره گیری از تکنیک مالتی پلکسینگ فضایی در ارسال اطلاعات، از نقطه نظر احتمال قطع و مرتبه ی چندگانگی بهبود چشم گیری می یابد.

در این پایان نامه ابتدا نیازهای امنیتی یک شبکه ی انتقال قدرت که با فناوری انتقال داده به صورت پهن باند به صورت یک شبکه ی منحصر به فرد در آمده بررسی شده است و سپس با مشخص کردن نقاط آسیب پذیر شبکه از دیدگاه فضای تبادل اطلاعات، شبیه سازی حمله های مختلف با استفاده از مجموعه داده ی مناسب روی یک شبکه ی کوچک bplc انجام پذیرفته است. با توجه به ساختار شبکه های هوشمند یک پارچه، نقاطی که دشمن می تواند از طریق آن به بخش مصرف خانگی نفوذ کند، گره های مربوط به قسمت های اندازه گیری یا همان کنتور های هوشمند می باشد که امروزه به طور معمول بر طبق توپولوژی ستاره ای یا ستاره ای گسترده و با فناوری bplc پیاده سازی می شوند. کنتورهای هوشمندکار اندازه گیری انرژی مصرفی و میزان ترافیک جا به جا شده را در قسمت های مختلف این شبکه بر عهده دارند. توپولوژی خاص بخش خانگی به همراه پروتکل های مربوطه در شبیه سازی های ما لحاظ گشته اند. در بخش اصلی شبیه سازی، چند سامانه ی تشخیص و مقابله با نفوذ، با استفاده از دو الگوریتم سامانه ی ایمنی مصنوعی و همچنین یک الگوریتم دیگر بر اساس ماشین های بردار پشتیبان به فرآیند شبیه سازی حملات اضافه گشته اند که در انتها قدرت هر یک از این الگوریتم ها براساس میزان دقت در تشخیص و مقابله با نفوذ بررسی شده است. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که روش استفاده شده در این پایان نامه یک شیوه ی مناسب در تقویت امنیت سامانه در تشخیص ترافیک تخریب گر در این شبکه می باشد.