افزایش روز افزون شبکه های بی سیم و محدود بودن منابع رادیویی در دسترس، باعث افزایش تحقیقات درزمینه بهینه سازی استفاده از منابع رادیویی از قبیل طیف فرکانسی شده است. تحقیقات متعدد انجام شده در این زمینه، باعث ارائه راه حلهای مختلفی برای بهتر استفاده کردن از منابع رادیویی شده است. پیشنهاد استفاده از رادیوی هوشمند که ارسال داده ها با مخابرات پویا است، تحولی شگرف در مخابرات بی سیم ایجاد کرد. در حقیقت ایده طرح رادیوی هوشمند ، اولین بار، برای استفاده مجدد از باندهای فرکانسی استفاده نشده، بود. اما استفاده مجدد از باندهای فرکانسی استفاده نشده ، مشکلاتی به همراه داشت. از جمله این مشکلات می توان به مسئله دستیابی به طیف و به اشتراک گذاشتن آن در شبکه های رادیوی هوشمند بین کاربران مجاز و ثانویه اشاره کرد. در این تحقیق به بررسی این مسئله اساسی در رادیوهای هوشمند می پردازیم. پژوهشهای انجام شده در زمینه چگونگی به اشتراک گذاشتن طیف فرکانسی بین کاربران ثانویه راه حلهای مختلفی از قبیل، استفاده از الگوریتم ژنتیک و نظریه بازیها را دارد. همچنین الگوریتم های متعددی برای به اشتراک گذاشتن طیف فرکانسی، بر اساس سایر پارامترهای ارسال مانند، نرخ داده مطلوب و کنترل توان ارائه شده است. توان یکی از منابع بسیار مهم در شبکه های بی سیم می باشد. تحقیقات متعدد انجام شده در زمینه کنترل توان در شبکه های بی سیم نشان دهنده اهمیت توان به عنوان یکی از منابع شبکه های بی سیم است. در تحقیق حاضر، در ابتدا روشهای مختلف به اشتراک گذاشتن طیف فرکانسی مورد بررسی قرار گرفته است و سپس روشهای متفاوت کنترل توان در شبکه های بی سیم بیان شده است. پس از آن، یک الگوریتم برای به اشتراک گذاشتن طیف فرکانسی بر اساس کنترل توان در شبکه رادیوهای هوشمند تبیین شده است. این الگوریتم که به صورت توزیع شده و توسط هر کاربر ثانویه در شبکه رادیوهای هوشمند انجام می شود، سعی در حفظ حد مورد نیاز هر کاربر از منابع مخابراتی می نماید، یا به عبارتی الگوریتم کیفیت سرویس (qos) را برای هر کاربر تأمین می نماید. شبیه سازی الگوریتم پیشنهادی و مقایسه نتایج حاصل از آن با نتایج به دست آمده از روش های موجود در این زمینه مانند بکار بردن الگوریتم ژنتیک، مرحله پایانی این تحقیق را تشکیل می دهد.

استفاده از فضای آزاد به عنوان کانال و قابلیت حرکت گیرنده و فرستنده، تئوری مخابرات بی سیم را به دنیای عملی انتقال اطلاعات در عصر حاضر وارد کرده است. چندمسیره بودن کانال در مخابرات بی سیم موجب ایجاد تداخل بین سمبل های ارسالی در کانال می گردد. ofdm به عنوان یک مدولاسیون چندحاملی که ویژگی خاص عمود بودن زیر حامل ها را داراست، با تقسیم پهنای باند، در هر زیر باند یک سمبل را با نرخ پایین تر ارسال می کند. در نتیجه تداخل بین سمبلی در برابر دوره کل بلوک ناچیز خواهد بود. اما حساسیت سیستم ofdm به از بین رفتن تعامد بین زیرحامل ها آشکارسازی سمبل های دریافت شده را دچار مشکل می کند. به عنوان عامل اصلی ایجاد مشکل می توان از پدیده ی داپلر نام برد که در سیستم های تغییرپذیر با زمان اجتناب ناپذیر است. از بین رفتن تعامد بین حامل های ofdm به دلیل پدیده ی داپلر باعث در هم فرو رفتن نامطلوب سیگنال ها در حوزه ی فرکانس می شود. این پدیده تداخل بین حاملی نامیده میشود. رویکرد های مختلفی برای کاهش اثر تداخل بین حاملی ارائه شده است. روش خودحذفی، همسان سازی در حوزه ی زمان یا فرکانس و کدینگ مناسب در فرستنده از جمله مهم ترین این روش ها هستند. از این میان، رویکرد همسان سازی به دلیل عمومیت، کارکرد مناسب و عدم نیاز به ایجاد تغییرات در فرستنده مورد توجه است. کاهش اثر تداخل بین حاملی با استفاده از همسان ساز به دلیل تغییر بهره مسیرها در طول زمان و نیاز به اخذ ماتریس معکوس کانال با حجم محاسبات بالا روبرو است. با جداسازی بخش فاقد تداخل بین حاملی از ماتریس کانال و اعمال روش دوری این پیچیدگی تا حد زیادی کاهش می یابد. برای اعمال روش کاهش تداخل بین حاملی نیاز به تخمین کانال با استفاده از نمونه های راهنما یا سمبل آموزشی داریم. یکی از روش های تخمین کانال که با به روز رسانی زمانی و داده ای براساس مشاهدات، تخمین مناسبی از کانال ارائه می دهد، فیلتر کالمن است. در نگاه اول بلوک تخمین کانال و کاهش تداخل به ترتیب و به صورت مجزا در گیرنده اعمال شده و سمبل دریافتی آشکارسازی می شود. با هماهنگ کردن این دو بلوک به معنای تلفیق مناسب آن ها می توان احتمال خطای آشکارسازی را کاهش داد. علاوه بر این استفاده از همبستگی کانال در سمبل های متوالی ofdm ، تخمین بهتری از کانال را به دست خواهد داد. در نظر گرفتن مدل چندجمله ای با درجه دلخواه، به جای مدل خطی، برای توصیف تغییرات کانال در زمان، متناسب با فرکانس داپلر نرمالیزه، به کاهش بیشتر نرخ خطای بیت در آشکارسازی کمک می کند. این دلایل انگیزه ارائه روش تلفیقی تخمین کانال با استفاده از فیلتر کالمن و همسان سازی دوری در این تحقیق شد. روش تلفیقی مبتنی بر فیلتر کالمن و روش دوری کاهش تداخل به طور کامل شبیه سازی و با روشهای موجود مقایسه شده است. کاهش بیشتر نرخ خطای بیت در روش پیشنهادی به خصوص در سیگنال به نویزهای بالا مشهود است. معیار همگرایی روش تلفیقی می تواند در بهبود آشکارسازی موثر باشد. به این منظور دو روش ارائه و مقایسه شده است. اطلاعات مورد نیاز برای تخمین کانال برای فیلتر کالمن معمولاً از نوع سمبل آموزشی است که در اینجا، استفاده از آن به خاطر تغییرات سریع کانال، برای تخمین سمبل های بعدی با خطای زیادی همراه است. در روش تلفیقی نمونه های راهنما جایگزین سمبل آموزشی می شوند. برای کاهش پیچیدگی این روش با جداسازی مناسب روابط، محاسبات پیچیده تخمین کالمن تنها یک بار برای کل سیستم انجام شده و در هنگام آشکارسازی از نتایج ذخیره شده آن استفاده می شود. روش ارائه شده به علت دوری بودن با اشغال منابع کمتر و دستیابی به فرکانس کاری بالاتر مناسب برای پیاده سازی سخت افزاری است. به طور کلی روش تلفیقی رویکرد موفقی در کاهش تداخل بین حاملی ارزیابی شده و می تواند در سیستم های عملی مخابرات بی سیم دارای حرکت مورد استفاده قرار گیرد.

مفهوم رادیو نرم افزاری، مبین رویکرد به سمت افزایش سهم نرم افزار در پیاده سازی سیستم های مخابراتی است. مزایایی هم چون کاهش هزینه ی پیاده سازی، سهولت اصلاح و به روز رسانی و امکان پشتیبانی ساده تر از چندین استاندارد ارتباطی، از عوامل گسترش این رویکرد است. پژوهش های این حوزه بر موضوعاتی هم چون توسعه ی فناوری های سخت افزاری، ساخت بردهای توسعه ی چندمنظوره، شناخت فنون پیاده سازی نرم افزاری، پیاده سازی نرم افزاری استانداردهای مخابراتی و تحقق مفهوم رادیوهای شناخت گر متمرکز است و به عنوان یک حوزه ی عام، از نتایج پژوهش های مطرح در گستره ی مخابرات دیجیتال و الکترونیک، بهره می برد. «حلقه ی بی سیم محلی»، یک شبکه ی مخابرات محلی است که ضمن فراهم آوردن امکان برقراری تماس بی سیم بین کاربران داخلی شبکه، ارتباط دوسویه ی کاربران داخلی با شبکه های خارجی را نیز فراهم می کند. استانداردهای gsm، با توجه به عمومیت و در دسترس بودن پایانه های ارتباطی، گزینه ی مناسبی برای شکل دهی بستر ارتباط خارجی مورد استفاده در یک حلقه ی بی سیم محلی خواهد بود. در پژوهش حاضر، سیگنال های رادیویی، با استفاده از یک برد توسعه ی سخت افزاری دریافت شده و پس از نمونه برداری و چندی شدن، به صورت دنباله ای از نمادهای دیجیتال باند پایه، وارد حوزه ی نرم افزار می شوند. نرم افزار نوشته شده بر بستر سیستم عامل لینوکس، با دریافت دنباله ی نمادهای دیجیتال، کلیه ی روال های پردازشی مورد نیاز برای یک شبکه ی gsm را از لایه ی فیزیکی، تا بالاترین سطح از لایه های کنترلی شکل می دهد. به این ترتیب کلیه ی بخش های مربوط به دمدولاسیون، کدبرداری، پردازش پیام های لایه های سه گانه ی واسط هوایی، توابع کنترلی و سامان دهی تراکنش های تعریف شده در شبکه های gsm به صورت نرم افزاری پیاده سازی می شوند. در یک شبکه ی gsm واقعی، این وظایف در اجزاء مختلفی هم چون «ایستگاه پایه ی ارسال-دریافت»، «کنترل کننده ی ایستگاه پایه»، «مرکز سوئیچ موبایل» و غیره توزیع می شوند. نرم افزار نوشته شده، در ارتباط با یک سرور «عامل کاربر پشت به پشت»، از قابلیت های پروتکل های voip برای تکمیل برخی روال های کنترلی شبکه ی خود استفاده می کند. حلقه ی بی سیم محلی پیاده سازی شده در این پژوهش، با استفاده از یک زیرساختار ترکیبی gsm-voip، امکان مکالمه ی صوتی پایدار میان گوشی های تلفن همراه کاربران داخلی شبکه را فراهم نموده و ارتباطات دوطرفه ای را بین کاربران شبکه ی داخلی با یک «شبکه ی تلفن سوئیچ عمومی» فراهم می کند. هم چنین امکان تبادل پیام کوتاه و خدماتی معادل سرویس تماس صوتی گروهی، در قالب حلقه ی بی سیم پیاده سازی شده است. علاوه بر بخش های محقق شده، پژوهش هایی نیز برای افزودن امکانات بیش تر به این شبکه انجام شده است. بررسی امکان افزودن قابلیت شناخت گری و تکمیل قابلیت های خدمات پیام کوتاه از جمله ی این پژوهش هاست. این پروژه علاوه بر تمرکز بر پیاده سازی یک حلقه ی بی سیم محلی مبتنی بر نقطه ی دسترسی gsm، فراتر از محدوده ی نیازهای موضوع مذکور، ابزارهای نرم افزاری و سخت افزاری مطرح در حوزه ی رادیونرم افزاری را مورد بررسی قرار می دهد؛ تا پیش زمینه ای را برای پیاده سازی سیستم های مشابه، در قالب پژوهش های دانشگاهی به دست دهد.

امروزه تقاضا برای استفاده از سیستم های مخابراتی چند حاملی به سرعت در حال رشد بوده و پیش بینی می شود در آینده نیز ادامه یابد. سیستم های ofdm را می توان به دلیل مقاوم بودن در برابر کانال های با محوشدگی فرکانس انتخابی به عنوان پرکاربردترین نوع سیستم های مخابراتی چند حاملی نام برد. از این سیستم ها در استانداردهای ieee802.11a/g،ieee802.16a ، dvb و adsl استفاده شده است. ترکیب سیستم های ofdm و روش دسترسی چندگانه ی fdma منجر به پیدایش سیستم های ofdma شده که در umts مورد توجه قرار گرفته است. علی رغم شاخصه های جذاب سیستم های ofdma، طراحی این سیستم ها با چندین چالش فنی روبرو است. یکی از این موارد نیاز مبرم به همزمان سازی فرکانسی و زمانی است. حرکت نسبی فرستنده نسبت به گیرنده و بروز اثر داپلر و همچنین عدم تطابق فرکانس نوسان سازها در فرستنده و گیرنده منجر به انحراف فرکانسی می شود. سیستم های ofdma همانند ofdm حساسیت زیادی نسبت به انحراف فرکانسی دارند. جبران سازی ناصحیح انحراف فرکانسی تعامد بین زیرحامل ها را از بین برده و موجب تداخل بین حاملی و تداخل دسترسی چندگانه می شود. در این تحقیق به بررسی و تصحیح اثر انحراف فرکانسی در سیستم های ofdma پرداخته شده است. ابتدا این سیستم ها در حالت فروسو مطالعه شدند. بررسی اثر انحراف فرکانسی در حالت فروسو مشابه حالت تک کاربره می باشد. تصحیح انحراف فرکانسی در این حالت تنها از طریق یک ضرب کننده صورت می پذیرد. در مرحله بعد اثر انحراف فرکانسی در حالت فراسو مورد مطالعه قرار گرفت. برخلاف حالت فروسو، شکل موج دریافتی فراسو مخلوطی از سیگنال های ارسال شده توسط کاربران مختلف است که هر کدام متحمل انحراف فرکانسی منحصر به خود می باشند. بدین ترتیب بازیابی فرکانسی در حالت فراسو می تواند به عنوان یک مسئله تخمین چند پارامتری مورد بررسی قرار گیرد. همچنین تصحیح انحراف فرکانسی نیز به عنوان یک چالش در حالت فراسو می باشد. تصحیح انحراف فرکانسی می تواند قبل یا بعد از بلوک dft صورت پذیرد. پس از عمل تصحیح به دلیل وجود مقداری تداخل در سیگنال تصحیح شده لازم است تدبیری به منظور حذف تداخل مذبور اتخاذ شود. بدین منظور از حذف کننده ی تداخل استفاده می شود. باتوجه به این که تداخل ایجادشده ناشی از گلبرگ های جانبی هر زیرحامل است بنابراین با کاهش سطح این گلبرگ ها می توان تداخل مزبور را کاهش داد. استفاده از پالس غیرمستطیلی به منظور کاهش سطح گلبرگ های جانبی هر زیرحامل یک روش معمول برای کاهش توان خارج از باند سیگنال ارسالی در سیستم ofdm می باشد. در این تحقیق با بهره گیری از این ایده در سیستم ofdma و به کاربردن پنجره ی کسینوسی صعودیافته در فرستنده و هم در گیرنده در حالت تخصیص دسته ای زیرحامل ها، با وجود کاهش بازدهی طیفی تداخل به مقدار قابل قبولی تقلیل یافت.

با توجه به اینکه پیاده سازی سیستمهای مخابراتی، امروزه زیر نظر کمیته استاندارد ieee صورت می پذیرد و همچنین نیاز به گسترش مخابرات بی سیم در کشور ما، بررسی استانداردهای مخابرات بی سیم برای ارتباطات ثابت، ضروری به نظر می رسد. این پایان نامه به بررسی استاندارد ieee 802.16 و بطور دقیق تر، به بررسی لایه فیزیکی ofdm در استاندارد ieee 802.16-2004 می پردازد. مدلی از فرستنده و گیرنده مبتنی بر این استاندارد در محیط matlab شبیه سازی و برای پیاده سازی در آینده، آماده شده است. در این مدل، کلیه بلوک های اساسی لایه فیزیکی ofdm در فرستنده مبتنی بر این استاندارد، شامل بلوک های تصادفی ساز، تصحیح خطا، مدولاسیون وفقی و عکس تبدیل فوریه، بر اساس متن استاندارد که در سال 2004 میلادی منتشر گشته، شبیه سازی شده است. در کنار فرستنده، بلوک های اساسی لایه فیزیکی ofdm در گیرنده مبتنی بر این استاندارد، شامل بلوک های مسیر عکس در فرستنده، به همراه همسان ساز برای حذف اثر چندمسیره در کانال، برای تکمیل مدل مورد مطالعه شبیه سازی شده است. همزمان سازی، به خصوص در شروع نماد در این استاندارد، ، محور دیگر این پایان نامه می باشد. اشاره به انواع همزمان سازی و آثار خطای هر یک بر روی بازیابی اطلاعات، بررسی انواع روش های پیشنهادی از جمله روش متداول تخمین ml و یا روش محاسبه تابع خود همبستگی و همبستگی متقابل ، برای همزمان سازی نماد در سیستم هایی مشابه صورت گرفته و ارایه روش های فوق در قالب استاندارد حاضر، در کنار پیشنهاد روشی با پیچیدگی محاسباتی کمتر ، در این پایان نامه گنجانده شده است.

سیستمهای مخابراتی چندورودی - چند خروجی با بهره گیری از خاصیت چندگانگی مکانی و کدهای فضا - زمان، ضمن فراهم کردن بستر مناسب برای ارسال داده با احتمال خطای پایین، بازده طیفی سیستم را تا حد مطلوبی افزایش می دهند. به همین دلیل در دهه اخیر، این سیستمها توجه طراحان سیستم های مخابرات دیجیتال را بیش از پیش به خود جلب کرده اند. بهره گیری مناسب از قابلیت های این سیستم ها به شدت وابسته به اطلاعات مربوط به کانال می باشد. از این رو تخمین مناسب ضرایب کانال-های چند ورودی - چند خروجی از اهمیت فوق العاده ای برخوردار بوده و روش های مختلف تخمین کانال بر اساس ارسال دنباله های آموزشی و یا روش های نیمه کور و کور، بر اساس وضعیت کانال از لحاظ تغییرات زمانی ارایه گردیده است. در این پایان نامه ضمن بررسی مدل کانال های بی سیم چند ورودی - چند خروجی در حالت های مختلف محوشدگی فرکانسی و زمانی، برخی از روش های تخمین کانال بر اساس ارسال دنباله های آموزشی و آرایش مناسب این دنباله ها به منظور بهبود کارایی از لحاظ معیار میانگین مربعات خطا ارایه می شود. همچنین مدل تغییرات زمانی کانال و برخی از روش های تعقیب ضرایب آن در موردکانال های متغیر با زمان بررسی شده و در نهایت تاثیر در نظرگرفتن همبستگی فضایی مابین زیرکانال های متمایز در بهبود کارایی تخمین و تعقیب ضرایب کانال موردمطالعه قرار می گیرد. در کانال های محوشدگی قالبی روشی برای تخمین واریانس نویز و ماتریس همبستگی با استفاده از دنباله های آموزشی یکسان و خروجی تخمینگر حداقل مربعات ارایه شده و با استفاده از معیار حداقل میانگین مربعات خطا برای تخمین ضرایب کانال، تاثیرتقریب مناسب ماتریس همبستگی کانال در کاهش خطای تخمین در قیاس با روش هایی که از این همبستگی صرف نظر می کنند، بررسی می شود. همچنین درمورد کانال های متغیر با زمان، مدل تغییرات زمانی کانال با در نظر گرفتن همبستگی فضایی مابین ضرایب کانال علاوه بر همبستگی زمانی موجود بین آنها، اصلاح شده و تاثیر آن درکاهش خطای تعقیب کانال بررسی می شود.

سامانه های مخابراتی دیجیتال نوین امکان استفاده همزمان از فناوریهای ofdm و mimo را در سامانه های mimo-ofdm فراهم نموده است. کارامدی ofdm در همسانسازی ساده کانالهای فرکانس- انتخابی و افزایش ظرفیت کانال بدون تغییر در پهنای باند و توان ارسالی با بهره گیری از فناوری mimo، توجه بسیاری از استانداردها و سامانه های مخابرات بیسیم را به خود جلب کرده است. یکی از عیبهای سامانه های mimo-ofdm نسبت بالای توان اوج به توان متوسط (papr) سیگنال ارسالی است. عبور چنین سیگنالی از عناصر غیر خطی فرستنده مانند تقویت کننده توان (hpa) اعوجاج سیگنال ارسالی را به همراه دارد. این موضوع موجب اعوجاج مؤلفه های فرکانسی داخل باند و تشعشع خارج باند می گردد. papr بالا افزایش پیچیدگی مبدل دیجیتال به آنالوگ را نیز به همراه دارد. با افزایش تعداد آنتنهای ارسال در فرستنده، احتمال وقوع papr بالا افزایش می یابد. روشهای گوناگونی برای کاهش papr در سامانه های siso ارائه شده است. کاهش papr در سامانه های mimo نیز در دهه اخیر توجه پژوهشگران را به خود جلب نموده است. در این پایان نامه روشهای کاهش papr بویژه در حالت mimo معرفی، بررسی و دسته بندی شده است. همچنین سه روش جدید مبتنی بر پردازش فضایی و زمانی برای کاهش papr سامانه mimo-ofdm پیشنهاد شده است. در این روشها ابتدا بلوک ofdm در هر آنتن ارسال به زیربلوکهای مجزا افراز شده و هر یک از زیربلوکها با استفاده از ifft به حوزه زمان منتقل می گردد. سپس پردازش فضایی و زمانی روی زیربلوکهای همه آنتنها اعمال می گردد تا دنباله های نامزد مختلف در هر آنتن تولید شود. سرانجام، دنباله نامزدی که دارای کمترین papr باشد، به عنوان سیگنال اصلاح شده هر آنتن در نظر گرفته می شود. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که عملکرد روشهای پیشنهادی در کاهش papr سیگنال ارسالی نسبت به روشهای موجود بهبود یافته است. همچنین پیچیدگی محاسباتی روشهای پیشنهادی نسبت به پیچیدگی محاسباتی روشهای موجود کاهش یافته است.

انتظار می¬رود نسل جدید سیستم¬های مخابراتی بی سیم، خدمات فراوانی شامل ارسال و دریافت صدا، داده و ویدئو را ارائه دهند. افزایش تقاضا برای این خدمات به سیستم¬هایی با نرخ داده¬ی بالا، به همراه قابلیت اطمینان و ظرفیت کاربر بالا نیاز دارد. برای رفع مشکلاتی همچون پیچیدگی و هزینه فراوان سیستم¬های چند آنتنی، نوع جدیدی از مخابره به نام مخابرات همکارانه پیشنهاد شده است. در مخابره¬ی رله ای همکارانه، شبکه به گونه¬ای است که گره¬های میانی در ارسال اطلاعات از مبدا به مقصد کمک می¬کنند. استفاده از همه¬ی رله¬های موجود در شبکه متناسب با روش رله ای همکارانه بکارگرفته شده، دارای مشکلاتی مانند افزایش پیچیدگی سیستم، افزایش پهنای باند یا نیاز به همزمانی¬های دقیق در سطح سمبل، می¬باشد. برای غلبه براین مشکلات، روش گزینش رله یا رله¬ای وفقی به عنوان یک روش عملی و موثر جهت دستیابی به چندگانگی ارائه شده در سیستم¬های توزیع¬شده، پیشنهاد شده است. انتخاب رله مناسب باعث کاهش انرژی مصرفی و افزایش نرخ ارسال اطلاعات، علاوه بر مزایای قبلی مخابرات رله ای همچون بهبود ارتباط و گسترش ناحیه تحت پوشش می¬شود. در این پایان¬نامه، جدیدترین روش های انتخاب رله در شبکه¬های همکارانه بی¬سیم مورد بررسی قرار گرفته، دسته بندی شده و با یکدیگر مقایسه می¬شوند. با توجه به این که این روش ها در ابعاد مختلف عملکرد های متفاوتی از خود نشان می دهند، در طراحی هر شبکه رله ای، بسته به وضعیت کانال های شبکه، کاربرد و معیار بهینه¬ی مورد نظر، می توان یکی از روش¬های مطرح شده را به کار گرفت. علاوه بر این یک روش جدید برای گزینش رله در شبکه¬های همکارانه پیشنهاد می¬شود و عملکرد آن با بهترین روش¬های قبلی گزینش رله¬ای بر پایه¬ی وضعیت کانال¬ها، همچون روش¬های بیشینه-کمینه، بیشترین میانگین هارمونیکی، بهترین کانال مبدا-رله و بهترین کانال رله-مقصد مقایسه می¬شود. شبیه¬سازی-های انجام یافته در این پایان نامه نشان می¬دهند که احتمال قطع و نرخ خطای سمبل روش پیشنهادی کمتر از روش بهترین کانال مبدا-رله و بهترین کانال رله-مقصد می¬¬باشد. همچنین این روش دارای احتمال قطع، ظرفیت متوسط و نرخ خطای سمبل بسیار مشابه روش بیشینه-کمینه و روش بیشترین میانگین هارمونیکی می¬باشد با این تفاوت که زمان لازم برای فرایند انتخاب رله به روش پیشنهادی کمتر از زمان لازم برای دو روش ذکر شده فوق می¬باشد. می توان نتیجه گرفت که پیچیدگی محاسباتی روش پیشنهادی کمتر از آن دو روش بوده و این امر موجب کاهش مصرف انرژی کل شبکه خواهد شد.

در عصر جدید اطلاعات، نرخ بالای ارسال اطلاعات و بالا بودن قابلیت اطمینان مشخصه اصلی سیستم مخابرات بدون سیم و همچنین فاکتور اصلی در موفقیت گسترش تجاری آن می باشد. تکنولوژی مخابرات بدون سیم پهن باندmimo-ofdm (چند ورودی چند خروجی-تقسیم چند تایی فرکانسهای متعامد)، بدلیل توانایی در ارسال سریع اطلاعات و همچنین پایداری در مقابل پدیده چند مسیره کانال محو شونده و دیگر تاثیرات کانال توسعه زیادی پیدا کرده است. سوال مهم در سیستمهای mimo-ofdm ، چگونگی استخراج اطلاعات وضعیت کانال بطور دقیق می باشد. در روش کور با بررسی آماری اطلاعات کانال و دانستن خصوصیاتی از سیگنال ارسالی تخمین کانال انجام می گیرد. در روش دوم تخمین کانال بر اساس دنباله آموزشی صورت می گیرد که از قبل برای گیرنده معلوم است. در این رویکرد برای تخمین کانال در ابتدا دنباله ای آموزشی از سمبلهای ofdm ارسال می شود. با در یافت این دنباله در گیرنده اطلاعات کانال قبل از دریافت بسته استخراج می شود. تعمیم مستقیم روشهای تخمین کانال سیستمهای مخابراتی ofdm به سیستم mimo-ofdm منجر به بروز محاسبه معکوس ماتریسها با ابعاد بزرگ می شود و با زیاد شدن تعداد آنتنهای فرستنده و گیرنده پیچیدگی محاسبات افزایش زیادی پیدا می کند و به تدریج غیر قابل پیاده سازی می گردد. با توجه به اینکه تجزیه ماتریس کانال به عاملهای تکین(svd) به منظور غلبه بر تداخل بین حاملی، اختصاص توان ارسالی به زیر کانالها به صورت بهینه و همچنین کدگذاری فضا زمان به نحو بهینه در سیستمهای مخابراتی mimo-ofdm به کار گرفته می شود می توان گفت تخمین کانال به روش تجزیه به عاملهای تکین تکنیک مهمی برای استفاده از همه قابلیتهای سیستمهای مخابراتی بر مبنای mimo-ofdm می باشد. در این پایان نامه روش تخمین کانال سیستم مخابراتی mimo-ofdm تحلیل می شود و با ارائه روشی به منظور طراحی سیگنالهای ارسالی با استفاده از طرح الموتی سعی در بهبود کارایی آن روش به عمل می آید.

مدولاسیون ofdm امروزه به عنوان روشی مقبول در ارسال بی سیم اطلاعات با نرخ بالا مطرح است. با تقسیم یک کانال محوشدگی باند پهن به کانالهای باریک و تخت، ofdm با استفاده از همسانسازی ساده یک شیره قادر به مقابله با اثرات مخرب پدیده محوشدگی کانال است. یکی از موضوعاتی که در این تحقیق مورد بررسی قرار می گیرد تخمین کانال بی سیم با استفاده از الگوریتم کالمن است. الگوریتم کالمن برای تخمین فرآیندهایی که بر اساس یک مدل فضای حالت بدست آمده اند کاربرد دارد. تخمین کانال در کنار همزمانسازی فرکانسی و زمانی دو موضوع بسیار مهم و تأثیرگذار بر کارایی سیستم ofdm را تشکیل می دهند. گرچه کیفیت و دقت روش تخمین کانال در کارایی سیستم مخابراتی تأثیر بسزایی دارد ولی پیچیدگی محاسباتی الگوریتم تخمین نیز دارای اهمیت است. در این تحقیق با انتخاب یک پایه جدید برای مدل حالت کانال محوشدگی، ماتریس گذار کالمن را قطری می کنیم. در ادامه با انجام ساده سازی بیشتر روشی براساس فیلتر کالمن معمولی با نام فیلتر کالمن قطری کاهش یافته را معرفی خواهیم کرد. این روش تخمین کانال دارای پیچیدگی محاسباتی کمتری نسبت به روش کالمن معمولی است. البته روش ofdm در حوزه زمان از تغییرات زیاد بیشینه سیگنال رنج می برد، که عموماً این مشکل را با پارامتری با نام papr نشان می دهند. سیگنالهای با papr بالا تقویت کننده های قدرت را وادار به کارکردن با راندمان توان کم برای جلوگیری از بریده شدن سیگنال می کنند. در بخشی از این تحقیق روشهای موجود و معمول کاهش papr به شکلی مختصر مورد بررسی قرار می گیرند. این روشها را در حالت کلی می توان به دو دسته با اعوجاج و بدون اعوجاج تقسیم کرد. همچنین در این تحقیق روشی جدید برای کاهش papr با انجام تغییراتی در ماتریسهای fft/ifft ارایه می شود.

چکیده آزمودن سیستم های مخابرات رادیویی به صورت میدانی، به دلیل مواجهه با پدیده های غیر قابل کنترلی مانند آب و هوا، زمان و محیط آزمایش نیاز به صرف زمان و هزینه بسیار دارد. به همین دلیل، شبیه سازهای کانال رادیویی به طور گسترده و به منظور دستیابی به آزمون های سیستم ارزان تر و قابل تکرارتر، در آزمایشگاه ها مورد استفاده قرار می گیرد. در این پایان نامه، به معرفی یک مدل برای شبیه سازی کانال های محوشدگی رایلی بر مبنای مدل بسط پایه ای می پردازیم. این مدل علاوه بر دنبال کردن تقریبی خصوصیات آماری مرتبه اول و دوم کانال محوشدگی رایلی، برای شبیه سازی کانال های با چگالی طیف توان های مختلف نیز قابل به کارگیری است. از آنجا که در مدل بسط پایه ای، هر شیر از کانال چند مسیره متغیر با زمان به صورت ترکیب خطی از تعداد محدودی تابع پایه نمایش داده می شود، از این مدل به طور گسترده در روند تخمین و همسان سازی کانال های انتخابی دوگانه استفاده می شود. کارهای موجود از یک روند سمبل به سمبل به منظور تخمین ضرایب بسط توصیف کننده کانال روی یک سمبل ofdm، استفاده می کنند. ما در اینجا برای کاهش تعداد دفعات تکرار فرآیند تخمین، روش تخمین k سمبل به k سمبل را پیشنهاد می کنیم که از نوعی برون یابی مبتنی بر مدل بسط پایه ای، برای پیش بینی پاسخ ضربه کانال در k-1 سمبل ofdm بعدی استفاده می کند. این روش امکان پردازش سریع تر داده را با تعداد دفعات کمتر تکرار روند تخمین و در نتیجه افزایش بازده طیفی فراهم می کند.

چکیده به خوبی مشخص شده است که الگوی cdma نسبت به محوشدگی فرکانس انتخابی مقاوم است و به همین علت در استانداردهای شبکه سلولی موبایل نظیرis-95 و سیستم های نسل سوم، 3g با موفقیت عمل کرده است. از سوی دیگر، الگوی ofdm ذاتاً در مقابل محوشدگی فرکانس انتخابی مقاوم بوده، اما کاستی هایی نظیر حساسیت بالا به آفست فرکانس و تقویت غیرخطی دارد، همچنین همزمان سازی زیرحامل ها در این الگو بسیار مشکل است. روش cdma نیز از سوی دیگر با وجود مقاومت نسبت به محوشدگی فرکانس انتخابی در سرعت های بالا با دشواری هایی روبرو است. از آن جمله در کانال های چندمسیره در مخابرات بی سیم، برای دریافت خوب سیگنال نیاز به گیرنده ریک با تعداد بازوی زیاد (معادل تعداد مسیر ها) است که از نظر ساخت غیرعملی می باشد و بنابراین بخشی از توان سیگنال هدر می رود. موفقیت روش های طیف گسترده در نسل دوم موبایل و ofdm در شبکه های محلی بی سیم و پخش رادیویی دیجیتال، باعث شد تا دانشمندان به بررسی ترکیب این دو روش علاقمند شوند. در سال 1993 ایده استفاده مشترک از cdma و ofdm به طور موازی توسط 3 گروه مجزا ارائه گردید. پس از آن سیستم های mc-cdma با استقبال شدید پژوهشگران مواجه شد و تحقیقات زیادی روی این سیستم ها صورت پذیرفت که همچنان ادامه دارد، به طوریکه امروزه مهمترین کاندید برای پروتکل لایه فیزیکی نسل چهارم به شمار می رود. از آنجا که mc-cdma قویترین کاندید لایه فیزیکی نسل چهارم موبایل است، لزوم مطالعه و بررسی این روش به خوبی روشن است. هدف این پایان نامه در مرحله اول شناخت اصول mc-cdma و آشنایی با مدل فرستنده و گیرنده آن است. از آنجا که mc-cdma یک روش مدولاسیون چندحاملی است، از مشکل ici به دلایل مختلف از جمله عدم همزمانی اسیلاتورهای فرستنده و گیرنده و یا شیفت داپلر در کانال های چند مسیره رنج می برد. یکی از راههای مبارزه با این مشکل، استفاده از الگوریتم ویتربی به عنوان یک روش پویا و کارامد در تشخیص مسیر ml است که در این پایان نامه مورد بررسی قرار می گیرد. استفاده از اطلاعاتی که گیرنده از سیگنال ارسالی در دست دارد، می تواند در جهت کاهش پیچیدگی محاسباتی الگوریتم ویتربی و در نتیجه سرعت بخشیدن به آن به کار آید. نحوه ادغام الگوریتم ویتربی و همسان ساز که منجر به کاهش سخت افزار در گیرنده می شود، نیز در انتها بیان می شود.

رادارهای غیرفعال یکی از انواع رادارهای دوپایه هستند که از فرستنده¬های موجود در محیط به عنوان فرستنده مغتنم استفاده می¬کنند. این رادارها به علت نداشتن فرستنده¬ی اختصاصی، ارزان، کم حجم، غیرقابل شناسایی و مقاوم در مقابل موشک¬های ضد تشعشع(anti radiation missiles) هستند و نیازی به تخصیص باند فرکانسی ندارند. همچنین چندپایه بودن این رادارها سبب می¬شودکه در مقابل تداخل¬های عمدی مصون بوده و قابلیت آشکارسازی اهداف در ارتفاع پایین¬تر را نیز داشته باشند. در مقابل، این رادارها معایبی نیز دارند. شکل موج فرستنده¬های مغتنم برای کاربردهای راداری طراحی نشده ¬است و تحت کنترل طراح رادار نمی-باشد. در رادارهای غیر¬فعال چون سیگنال ارسالی ناشناخته است، باید کانالی مجزا برای آن در نظر گرفته شود. این کانال، کانال مرجع نامیده ¬می¬شود. بنابراین تمام گیرنده¬های رادارهای غیر فعال از دو کانال تشکیل شده¬اند: کانال هدف وکانال مرجع. هم¬چنین در فرکانس¬های پایین مثل vhf و uhf بهره قابل دستیابی توسط آنتن‏ها، محدود است و آنتن‏ها پهنای بیم زیادی دارند. به دلیل وسیع بودن بیم آنتن، کانال هدف، سیگنال مستقیم فرستنده را نیز دریافت می¬کند. به همین علت، پردازش سیگنال در این رادارها به مراتب پیچیده¬تر از رادارهای معمولی است. در بین سیگنال¬های فرستنده¬های مغتنم، سیگنال دیجیتال تلویزیون (dvb-t) به علت داشتن تابع ابهام سوزنی شکل و همچنین وابسته نبودن به زمان، برای کاربرد رادار غیر فعال، ایده¬آل به نظر می¬رسد. اما تعدادی قله اضافی در تابع ابهام این سیگنال وجود دارد. این قله¬های ناخواسته ممکن است اهداف دارای سیگنال به نویز¬های پایین را در خود پنهان کنند و مانع از آشکارسازی آن¬ها شود یا ممکن است خود به عنوان هدف آشکار شوند. در این پایان نامه بعد از بررسی اثر قله¬ها، روش¬های حذف آن¬ها بررسی شده ¬است. تا به حال پژوهش¬های زیادی در زمینه حذف قله¬های اضافی تابع ابهام سیگنال دیجیتال تلویزیون انجام شده است، اما کارآیی روش¬های موجود در آشکارسازی بررسی نشده است. در این پایان نامه نشان داده می¬شود که با استفاده از روش¬های مرسوم، این قله¬ها به طور کامل حذف نشده و قله¬های باقیمانده می¬توانند کارآیی آشکارساز را کاهش دهند. علاوه بر این در صورتی که تفاوت توان اهداف زیاد باشد، قله¬های اضافی اهداف قوی، آستانه آشکارساز را بالا برده و اهداف ضعیفی که در مکان این قله ¬ها قرار دارند، آشکار نخواهند شد. در این پایان نامه، به¬کارگیری آشکارساز glr برای آشکارسازی رادارغیرفعال مبتنی بر dvb-t پیشنهاد شده ¬است. روش به¬کارگرفته شده علاوه بر اینکه نیازی به حذف قله¬های تابع ابهام ندارد، قادر به آشکارسازی اهداف با سیگنال به نویز پایین نیز می¬باشد. هم¬چنین عملکرد آشکارساز به¬کارگرفته شده با آشکارساز ca-cfar که از روش حذف قله استفاده می¬کند، مقایسه شده و برتری عملکرد آشکارساز به¬کارگرفته شده نشان داده شده است.

به دلیل برخی کاستی های ‎ofdm‎ در مقابل نیازهای مخابراتی امروز، سیستم های مخابراتی چندحاملی مبتنی بر بانک فیلتر به دلیل کارایی بهتر مورد توجه قرار گرفته اند. در بین سیستم های چندحاملی مبتنی بر بانک فیلتر، سیستم ‎smt‎ به دلیل کارایی طیفی مناسب مورد توجه بیشتری قرار گرفته است. تاکنون این سیستم با ساختار مبتنی بر شبکه ی چندفازی پیاده سازی می شد. اخیراً ساختار جدیدی به نام ‎fs‎ برای پیاده سازی این سیستم پیشنهاد شده است که مزایای قابل توجهی نسبت به ساختار پیشین دارد. در این پایان نامه پس از معرفی کلی سیستم های مخابراتی چندحاملی مبتنی بر بانک فیلتر و به طور خاص سیستم smt‎،دو ساختار پیاده سازی این سیستم توضیح داده شده است. سپس به دلیل آنکه یکی از چالش های فراروی سیستم های مخابراتی چندحاملی حساسیت آن ها به انحراف های زمانی و فرکانسی می باشد، میزان حساسیت این دو ساختار به این انحراف ها با استفاده از معیار ‎sir‎ ارزیابی شده است. همچنین حساسیت دو ساختار مذکور در حضور توام دو انحراف زمانی و فرکانسی در کانال ‎awgn‎ و کانال چند مسیره بررسی شده و مقدار ‎sir‎ بر حسب این انحراف ها محاسبه گردید. نتایج بدست آمده و شبیه سازی ها نشان می دهد که حساسیت این دو ساختار نسبت به انحراف فرکانسی یکسان است، اما ساختار ‎fs مقاومت سیستم را نسبت به انحراف زمانی افزایش می دهد‎. در انتها نحوه ی تصحیح انحراف فرکانسی و زمانی برای سیستم چندکاربره ‎smtma مبتنی بر هر دو ساختار مطالعه شده است. سپس روشی برای تصحیح انحراف فرکانسی در سیستم smtma‎ مبتنی بر ساختار ‎fs در ارسال فراسو پیشنهاد گردید که پیچیدگی محاسباتی و تاخیر ناشی از عمل تصحیح را کاهش می دهد. از دیگر مزایای این روش امکان ادغام تصحیح انحراف فرکانسی، انحراف زمانی و اثر کانال می باشد. نتایج شبیه سازی های انجام شده نشان می دهد روش پیشنهادی با وجود مزایای مذکور، عملکرد مشابهی نسبت به روش تصحیح پیشین دارد.

‏امروزه به دلیل گسترش و پیشرفت مخابرات بی سیم‏‎‏‏،‎‎‎ تقاضا برای ارسال با نرخ های بالا همراه با پوشش سراسری کاربران افزایش یافته است. برآورده کردن این تقاضاهای روز افزون مستلزم وجود منابع زیاد است که در عمل امکان پذیر نیست. از این رو تخصیص بهینه منابع محدود و در دسترس بین کاربران از اهمیت ویژه ای برخوردار است. منظور از تخصیص بهینه منابع‏ این است که منابع در دسترس به نحوی بین کاربران تقسیم گردد که با در نظر گرفتن محدودیت های موجود‎‏‎‏، عملکرد سیستم بهینه گردد. در سال های اخیر در بسیاری از استانداردها از سیستم های مبتنی بر رله و ‎‎‎ofdm‎‎‎‏ استفاده شده است. دلیل پذیرش چنین سیستم هایی‏، مقاومت ذاتی آن ها در برابر پدیده های مخرب کانال از جمله تداخل بین سمبلی و محوشدگی چند مسیری است. هم چنین این سیستم ها ظرفیت افزایش کارایی طیفی را نیز دارند. از منابع مهم در سیستم های مبتنی بر رله و ‎‎‎ofdm‎‎‎‏ ‏‏، می توان به زیرحامل ها‏، توان منبع‏ و توان رله اشاره کرد. ‎‎‏ در این پایان نامه یک ایده شبه بهینه جدید برای تخصیص توان در سیستم های مبتنی بر ‎‎‎ofdm‎‎‎‏ و رله با استراتژی کدبرداری و ارسال پیشنهاد شده است. در روش پیشنهادی‏، تخصیص توان در طول دو گام متوالی انجام می شود. در گام اول ‏فرض شده که به هر زیرحامل توان محدودی اختصاص یافته است. سپس با در نظر گرفتن این فرض‏، توان رله و منبع به نحوی تعیین شده است که نرخ ارسال هر زیرحامل بیشینه شود. ‎‎ در گام دوم با به کارگیری نتایج گام اول‏، توان هر زیرحامل با هدف بیشینه شدن جمع نرخ ارسال‏، تعیین ‎‏‎شده است. مزیت روش پیشنهادی نسبت به روش های پیشین سادگی و دقت بالای آن در یافتن جواب است. با استفاده از نتایج عددی نشان داده شده که تعداد گام های لازم برای یافتن جواب بهینه در روش پیشنهادی کمتر از روش های مرسوم مانند ‎‎‎bisection‎‎‎‏ است. هم چنین در روش پیشنهادی برخلاف روش های قبلی‏، میزان توان اختصاص یافته به هر زیرحامل به صورت دقیق محاسبه می شود. استفاده از روش رله انتخابی در ساختارهای مبتنی بر رله می تواند منجر به افزایش جمع نرخ ارسال شود. در این روش رله تنها در صورتی فعال است که باعث افزایش نرخ ارسال شود. در غیر این صورت ارسال از مبدا به مقصد به صورت مستقیم انجام می شود. نتایج شبیه سازی نیز گواهی بر این مدعاست. در نتایج عددی نشان داده شده است‏ در صورتی که فاصله رله از نقطه وسط منبع و مقصد دور شود‏، روش رله انتخابی به صورت چشمگیری منجر به افزایش جمع نرخ ارسال می شود.

چکیده گسترش شبکه¬های بی¬سیم، افزایش کاربران، تقاضای رو به افزایش نرخ مبادله، منابع محدود و تخریب سیگنال در محیط بی¬سیم منشأ تحقیقات وسیع برای بهره¬برداری مناسب¬تر از منابع شده است. روش¬های دایورسیتی در هر سه بعد زمان، فرکانس و مکان برای کاهش عوارض و حتی بهره¬برداری از پدیده¬ی محوشدگی نقش کلیدی در بهبود کارایی شبکه¬های بی¬سیم دارند. دایورسیتی فضایی در مقایسه با دیگر انواع، به دلیل فراهم آوردن افزایش کارایی بدون اتلاف منابع فرکانسی و بدون ایجاد تاخیر، از اهمیت ویژه ای برخوردار است. با این حال، به کارگیری دایورسیتی فضایی در شبکه های بی¬سیم باعث افزایش هزینه و حجم می گردد. در این صورت هم نباید به کلی از مزایای دایورسیتی فضایی چشم پوشید. دایورسیتی همکارانه با به اشتراک گذاشتن و بهره¬برداری هماهنگ از منابع و انتخاب متناسب روش همکاری، امکان استفاده ی نسبی از مزایای دایورسیتی فضایی را برای گره¬های تک آنتنه، به خصوص در شبکه هایی که با محدودیت های هزینه، حجم، انرژی و منابع فرکانسی مواجه اند، فراهم می¬کند. تحقیقات نشان داده است که سیستم¬های مخابراتی نسل آینده باید تطبیق¬پذیر، توزیع شده و همکارانه باشند. دایورسیتی همکارانه، به عنوان مرز انفصال مخابرات گره به گره و شبکه¬ای، یک نامزد جدی برای نسل آینده¬ی شبکه¬های بی¬سیم است. در این پایان¬نامه مبانی و جنبه¬های دایورسیتی همکارانه به عنوان یک رویکرد جدید تحقیقاتی در سیستم¬های مخابراتی معرفی می¬گردد. ظرفیت، آشکارسازی و تخصیص توان در دایورسیتی همکارانه به طور جزئی¬تر مورد بررسی قرار گرفته است. دو رویکرد تقویت-ارسال و تصمیم¬گیری-ارسال، به موازات مطالعه شده¬اند. محاسبه¬ی ظرفیت و تعیین آشکارساز بهینه از دو جنبه¬ی لحاظ همکاری مبدأ و ارسال همزمان کاربران مورد مطالعه قرار گرفته است. الگوریتمی جهت تخصیص بهینه¬ی توان با معیار ظرفیت و در نظر گرفتن توام ارسال دو کاربر به عنوان یک حالت خاص از دایورسیتی همکارانه¬ی چندحاملی ارائه گردیده است. نشان داده شده است که در تصمیم¬گیری-ارسال، روش لب¬ریزی راه¬حل بهینه است و در تقویت-ارسال، روش لب¬ریزی به صورت دوری به تخصیص بهینه نزدیک می-شود. در نهایت نیز پیشنهادهایی برای ادامه¬ی تحقیق ارائه شده است.

چکیده شبکه های سنسور بی سیم به عنوان یکی از تکنولوژی های برتر قرن حاضر، کاربردهای زیادی در زمینه¬های گوناگون پیدا کرده اند. یکی از مهمترین کاربردهای این شبکه ها نظارت محیطی است. منظور از نظارت محیطی آشکارسازی، شناسایی و ردیابی اهداف خارجی واردشونده به ناحیه ی تحت نظارت است. ویژگیهای منحصر به فرد شبکه های سنسور بی سیم آنها را به ابزاری مناسب جهت به کارگیری در سیستمهای نظارت محیطی مبدل ساخته است. بر این اساس، تا کنون الگوریتمهای مختلفی برای پیاده سازی یک شبکه ی سنسور بیسیم در کاربرد نظارت محیطی پیشنهاد شده است. از آنجا که محدودیت اصلی در شبکه های سنسور بی سیم منبع انرژی آنهاست، هدف الگوریتم های مختلف، علاوه بر افزایش دقت نظارت، کاهش مصرف انرژی برای افزایش طول عمر شبکه میباشد. در این پایان نامه ضمن معرفی مختصر شبکه های سنسور بیسیم و مقدمات یک سیستم نظارت محیطی، الگوریتم هایی به منظور ردیابی و شناسایی شیء با استفاده از شبکه های سنسور بیسیم ارایه می گردد. الگوریتم ردیابی پیشنهاد شده علاوه بر داشتن دقت قابل قبول و عدم نیاز به محاسبات پیچیده در گره های سنسور، از لحاظ مصرف انرژی نیز در قیاس با الگوریتم های مشابه پیشین دارای بهبود قابل توجهی است. در ادامه، با استفاده از مسیر تخمین زده شده در مرحله ی ردیابی، الگوریتم شناسایی پیشنهاد شده اقدام به شناسایی دسته ای که شیء به آن تعلق دارد می نماید. در این پایان نامه، اهداف به سه دسته ی حیوان، انسان و اتومبیل تقسیم بندی میشوند. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که علاوه بر سادگی بسیار زیاد و عدم نیاز به گره های با قابلیت بالا، این الگوریتم از کارآیی قابل قبولی برخوردار است.

سیستمهای چند ورودی-چند خروجی با به کارگیری چند آنتن در فرستنده و چند آنتن در گیرنده می توانند ظرفیت سیستم مخابراتی بی سیم را به میزان قابل توجهی افزایش دهند. ظرفیت کانالهای چند ورودی-چند خروجی تقریبا به طور خطی با حداقل تعداد آنتهای فرستنده و گیرنده افزایش می یابد روش کدگذاری مورد استفاده در این کانالها کدگذاری فضا-زمان می باشد که بین سیگنالهای ارسالی از آنتنها در دوره های زمانی مختلف همبستگی ایجاد می کند. روشهای گوناگونی برای کدگذاری فضا- زمان وجود دارد از دیدگاه آشکارسازی می توان آنها را به دو دسته کلی همدوس و غیرهمدوس تقسیم بندی نمود در کدهای همدوس فرض می شود که گیرنده می تواند کانال را به طور دقیق تخمین بزند. در این پایان نامه روشهای مختلف کدگذاری فضا-زمان همدوس با فرض اینکه کانالهای بین آنتنهای فرستنده و گیرنده با فرآیندهای محوشدگی مستقل، رایلی، تخت و آرام مدل شده باشند، معرفی می شود. همچنین با در نظر گرفتن گیرنده ای که مصالحه کارایی/پیچیدگی را فراهم می کند، به کمک شبیه سازی کارایی این کدها برحسب احتمال خطای قالب مورد ارزیابی قرار می گیرد و اثر افزایش تعداد آنتنهای فرستنده بر کارایی بررسی می شود. یک کد تکرار فضایی برای دو آنتن فرستنده و یک آنتن گیرنده مبتنی بر فیدبک یک بیت از گیرنده به فرستنده پیشنهاد می شود که ضامن حفظ کارایی پهنای باند نسبت به کد الموتی، همواره کارایی آن از کد الموتی بالاتر است. به علاوه، پیچیدگی کدگذاری و کدبرداری آن از کد الموتی پایین تر می باشد. در انتها روشهای مختلف کدگذاری فضا-زمان از لحاظ مصالحه بین کارایی، پیچیدگی و کارایی باند با یکدیگر مقایسه می شوند.

سیستم gfdm‎ یک سیستم چندحاملی با شکل دهی چرخشی پالس است که برای نسل پنجم پیشنهاد شده است. تاکنون برای رفع چالش افزایش papr این سیستم استفاده از ویژگی های ذاتی و دو روش بر‎‎‏ش و پیش کدگذار قالبی قطری dft در منابع مطرح شده اند. ‎در این پایان نامه روش های موثرتری برای کاهش ‎‏‎ papr سیستم gfdm‎ ارائه ‎‏می شود. اولین روش pct‎ از خانواده فشردن-گسترش است که مصالحه ای بین میزان پیچیدگی محاسباتی، توانایی کاهش papr و عملکرد ber ایجاد می کند. روش پیشنهادی دیگر طراحی و بهینه سازی پیش کدگذار خطی مستقل از داده برای هر دو سیستم ‎gfdm‎‏ و ‎gfdma‎‏ است که دارای عملکرد مطلوب از نظر ‎‏توانایی کاهش papr، میزان ber گیرنده و ‎انتشار خارج از باند‎ نسبت به سایر روش هاست. وجود خاصیت قالبی چرخشی امکان پیاده سازی با پیچیدگی محاسباتی پایین و کاهش حجم حافظه مورد نیاز را فراهم آورده است.

با توجه به روند روز افزون استفاده از اینترنت و افزایش تقاضا برای استفاده از اینترنت بی سیم در فواصل دور، طراحی استاندارد و سیستمی برای این منظور لازم به نظر می آمد. به همین دلیل استاندارد (802.16) wimax در سال 2004 ایجاد شد تا به این نیاز ها پاسخ داده باشد. استاندارد wimax از مخابرات باند پهن استفاده می کند و تاکنون سرمایه گذاری های زیادی در دنیا روی آن انجام شده است. اما، مشکلات و پیچیدگی های زیادی در بعضی از قسمت های آن از جمله بحث پیاده سازی آن وجود دارد. استاندارد wimax از بلوک های زیادی تشکیل شده است. یکی از اصلی ترین آن ها بلوک fec است که کار تشخیص و تصحیح خطا را بر عهده دارد. بلوک fec، قسمت های زیادی مانند کد گذاری کانال و تصادفی کننده دارد، که به طور مشخص،کدبردار ویتربی، بزرگترین و مهم ترین بخش بلوک fec است، و پیاده سازی آن، مشکلات زیادی را در روند پیاده سازی wimax ایجاد می کند. به همین منظور انتخاب روش های مناسب پیاده سازی از اهمیت فوق العاده ای برخوردار است. هدف از این انتخاب، رسیدن به سخت افزاری است که بتواند نیاز های استاندارد 802.16e مانند سرعت پردازش و توان کار کردن در حالت های کاری مختلف را برآورده کند و تأخیر کوچکی داشته باشد. تأخیر زیاد در یک سیستم مخابراتی که برای مثال صدا یا تصویر را مبادله می کند، با کاهش زیاد کارایی سیستم، تبادل اطلاعات را عملاً ناممکن می سازد. در این پایان نامه پس از معرفی استاندارد wimax و بیان جزئیات مربوط به بلوک های fec ، به بررسی روش های مختلف برای پیاده سازی الگوریتم ویتربی پرداخته می شود. پس از مقایسه روش های پیاده سازی با یکدیگر، مزایا و معایب تمامی روش ها با ذکر دلیل، بیان می شود. سپس با توجه به مقایسه انجام شده، روشی بهینه برای پیاده سازی بخش fec که سرعت بالا و تأخیر پایینی داشته باشد، مطرح می گردد و جزئیات بلوک های طراحی شده با ذکر مزایای هر کدام بیان می شود. در نهایت پس از مرور مختصر قابلیت های ویژه تراشه های fpga به عنوان بستر پیاده سازی، سخت افزار مورد نظر برای پیاده سازی بخش fec در استاندارد wimax ، توسط کدهای verilog ارائه می شود.