سیستم های چندآنتنه که نوع خاصی از کانال چندورودی-جندخروجی (mimo) محسوب می شود. توانایی افزایش ظرفیت و نرخ ارسال اطلاعات در کانال های مخابراتی را بطور قابل ملاحظه ای افزایش می دهد. در عمل برای رسیدن به این ظرفیت نیاز به حذف تداخل بین آنتنی یا تداخل فضایی مر باشد. در این پایان نامه روش هارز مهم حذف تداخل قضایی معرفی شده و جهت بهینه سازی یکی از روش ها با نام پریکدر تاملینسون- هاراشیما، دو روش جدید پیشنهاد و ارزیابی شده است. این پریکدر که بعنوان یکی از رو ش های کارآمد و با پیچیدگی قابل قبول مطرح می باشد دارای تلفاتی است که باعث کاهش کرآیی آن می شود. این تلفات عبارتند از تلفات ماجولو، تلفات شکل دهی و تلفات توان. مهمترین این تلفات، تلفات ماجولو و تلفات شکل دهی می باشند. که بترتیب به نویزهای پایین و بالا بعنوان تلفات غالب وجود دارد. در این پایان نامه به منظور کاهش تلفات ماجولو در این پریکدر، بجای استفاده از آشکارسازی بر مبنای ماجولو در گیرنده، آْسشکارسازی با معیار حد اکثر پسین پیشنهاد می شود. با استفاده از این معیار، آشکارسازی در گیرنده ی پریکدر تاملینسون-هاراشیما اصلاح و نتیجه مرز تصمیم گیری بهینه می گردد. در دومین روش پیشنهادی، به منظور کاهش تلفات شکل دهی، روش شکل دهی، لتیس پیشنهاد می شود. از اینرو لتیسی بهینه با ابعاد بالا، جاگزین لتیس صحیح در عملکرهای ماجولوی پریکدر تاملینسون-هاراشیما می شود. همچنین جهت کاهش تلفات ماجولو در این روش، از روش متورم سازی لتیس استفاده می شود. علاوه بر این نشان داده می شود که هر دو روش پیشنهادی، بعلت عدم نیاز به عملیات برداری، برای کانال چندورودی-چندخروجی پخشی (مانند لینگ مستقیم در شبکه سیار) ، بسیار مناسب می باشند. در روش پیشنهادی مذکور در فوق، با استفاده از شبیه سازی کامپیوتری ارزیابی می شود. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که روش پیشنهادی اول نسبت به روش متداول، در سیگنال به نویزهای پایین،؛ بهره ای برابر 0.7db در منحنی احتمال خطا ایجاد می کند. نتایج شبیه سازی در مورد روش پیشنهادی دوم نیز، نشان دهنده کاهش توان ارسالی به مقدار تقریبی 0.85db است در نتیجه با استفاده از این روش می توان به کارایی روش متداول با توان کمتری دست یافت.

شبکه های سلولی سال های زیادی است که مورد استفاده قرار گرفته اند و طیف متنوعی از سرویس ها و جابجایی با هزینه های پایین و کیفیت سرویس پایدار را فراهم می آورند. بنابراین این تکنولوژی نقش مهمی در فراهم کردن سرویس های مخابرات سیار ایفا می نماید. در این پایان نامه باارایه روش های جدید انتخاب رله برای رله کردن چندگامی خارج باند که ظرفیت این شبکه را افزایش می دهند در شبکه ای سلولی چندگامی روش مشترک انتخاب رله و تخصیص منابع پیشنهاد و براساس آن الگوریتم تخصیص توان نرخ ارایه شد. قابل ذکر است که سیستم مورد استفاده سیستم سلولی cdma است و هفت سلول و هفت ایستگاه پایه در نظر گرفته می شوند. سلول ها به صورت مستطیلی در نظر گرفته شده اند. سلول مرکزی شماره 1 و سلول های 2 تا 7 سلول های همسایه آن را شکل می دهند. ایستگاههای سیار نیز بطور یکنواخت و تصادفی درسطح سلول ها توزیع می شوند. همچنین از سرعت ایستگاه های سیار برای سادگی صرفنظر شده است.

در این پایان نامه ابتدا کانال رادیوی شناختگر از دیدگاه تیوری اطلاعاتی مورد بررسی قرار می گیرد و نرخ های قابل دستیابی در سناریوی کاهش تداخل رادیوی شناختگر مورد بررسی قرار می گیرد. سپس نرخ های قابل دستیابی امن در کانال رادیوی شناختگر ارایه می گردد و کاهش نرخی که از نظر تیوری اطلاعاتی به منظور امن شدن کانال هزینه می گردد در کانال با نویز جمع شونده گوسی استنتاج می شود در ادامه اثر برخی محدودیت های کانال بی سیم همچون ابهام فاز در تداخل کاربر اولیه بر روی نرخ های قابل دستیابی و کران های ظرفیت مورد مطالعه قرار می گیرد. پس از بررسی تیوری کانال رادیویی شناختگر از دیدگاه تیوری اطلاعاتی محدودیت های پیاده سازی این کانال ها در سناریوی کاهش تداخل مورد توجه قرار می گیرد. در این راستا یک الگوریتم جدید حسگری طیفی مبتنی بر کاربرهای همیار و آنتن های چندگانه به ترتیب در سناریوهای فروسو و فراسو پیشنهاد می گردد. شرط صدور فرمان مجوز ارسال با استفاده از تحلیل ریاضی استنتاج می شود و کارایی این الگوریتم در کانال های محوشدگی مستقل و همبسته فضایی با توزیع ریلی و ناکاگامی با استفاده از شبیه سازی کامپیوتری و تحلیل ریاضی بررسی می گردد در ادامه یک استراتژی انتخاب آنتن در فرسستنده به منظور بهبود کارایی احتمال خطا در لینک فروسو ارایه می گردد. سپس الگوریتم حسگری طیفی به حالتی که کاربران دارای نرخ چیپ نابرابر باشند بسط داده می شود. در بخش پایانی پایان نامه سناریوی کاهش تداخل با استفاده از تکینیک کدبندی کاغذ کثیف پیاده سازی می گردد. نتایج شبیه سازی ها با چندی ساز برداری لتیس دو بعدی و کد کانال جمع تکرار توسعه یافته غیر منظم نشان میدهد که در snr 2.5 db بیشتر به ظرفیت کانال awgn می رسد. سپس کانال محوشدگی بلوکی مورد بررسی قرار می گیرد و اثر اطلاع از وضعیتکانال در فرستنده و گیرنده بر کارایی لینک کاغذ با استفاده از شبیه سازی کامپیوتری مورد بررسی قرار می گیرد. در انتها کانال رادیوی شناختگر به شبکه رادیوی شناختگر بسط داده می شود. در سناریوی پیشنهادی کاربران ثانویه عضوی از یک شبکه دستیابی چندگانه مبتنی بر تقسیم کد فرض می شوند که اثر تداخل سیگنال کاربر اولیه بر روی آنها با اسفتاده از کدبندی کاغذ کثیف کاهش می یابد. نتایج شبیه سازی کامپیوتری نشان می دهد که با استفاده از تکینیک کدبندی کاغذ کثیف تعداد کاربرهای شناختگر قابل پشتیبانی به طور قابل ملاحظه ای افزایش می یابد.

پیشرفت های اخیر در فن آوری ساخت حسگرهای کوچک، کم مصرف و ارزان قیمت، محققان و دانشمندان عرصه مخابرات و علوم رایانه را به پیشنهاد ایده ای بدیع در شبکه نمودن حسگرهای بی سیم. هدایت نموده است. طوری که امروزه توجه بسیاری از محافل علمی و صنعتی به شبکه های حسگر بی سیم معطوف شده است. با توجه به مزایای منحصر به فرد این شبکه ها همچون حد اکثر فاصله حسگری وسیع، مقاومت در برابر خرابی یا از کارافتادگی، دقت بالا و هزینه پایین؛ شبکه های حسگر بیسیم در کاربردهای فراوانی همچون پایش غیر مستقیم محیط های غیر قابل دسترس یا پر خطر، عملیات نجات و امداد رسانی، خدمات امنیتی در مرزها، ساخت خانه های هوشمند و تشخیص خرابی دستگاه ها بکار گرفته شده اند. بنابر این روز به روز، پر اهمیت این شبکه ها (در مقایسه با دیگر شبکه های بی سیم) افزوده می شود. شبکه های حسگر بی سیم از بسیاری جهات با شبکه های بی سیم دیگر مانند شبکه های موبایل و شبکه های ad hoc متفاوت اند و همین نکته چگونگی طراحی پریتکل های مربوط به این شبکه ها را با سایر شبکه ها متفاوت می سازد. با توجه به اینکه در این شبکه ها، حسگرهای توسط پاتری تغذیه می شوند و در بسیاری از کاربردها امکان شارژ مجدد این باتری ها وجود ندارد؛ منابع انرژی در شبکه های حسگر بی سیم بسیار محدود می باشد. بنابر این، یکی از مسایل مهم طراحی در این شبکه ها کاهش میزان مصرف انرژی شبکه به منظور افزایش طول عمر شبکه خواهد بود. همچنین حسگرهای مذکور به لحاظ تعداد زیاد، ولی از لحاظ کیفیت پایین هستند؛ به همین خاطر داده تک تک حسگرها در این شبکه مورد توجه نبوده و از ترکیب اطلاعات چندین حسگر نزدیک به هم استفاده می شود که بیان کننده تخمین دقیقی از پارامتر مورد اندازه گیری خواهد بود. در میان پارامترهای موثر در طراحی شبکه های حسگر بی سیم، مهمترین پارامتر کاهش مصرف انرژی و افزایش طول عمر شبکه می باشد. در این پایان نامه، یک پروتکل سلسله مراتبی و خود سامانه به نام epmplcs برای مسیریابی در شبکه های حسگر بی سیم پیشنهاد می شود. از خصوصیات برجسته این پروتکل می توان به صرفه جویی بالا در مصرف انرژی، آرایش منظم خوشه ها در شبکه و بهبود کیفیت داده ترکیب شده اشاره نمود. نتایج شبیه سازی نشانگر عملکرد و کارایی بهتر این پروتکل نسبت به پروتکل های دیگر در این زمینه است.

در این رساله الگوریتمی بدون تکرار و با حفظ عملکرد نسبت به الگوریتم های تکراری مبتنی بر dft، برای تخمین کانال در سیستم های mimo-ofdm سیار پیشنهاد شده است. نیاز اساسی در مخابرات بی سیم باند وسیع، نرخ داده بالا و استفاده بهینه از پهنای باند در دسترس است. سیستم های mimo-ofdm با توجه به ویژگی های خود گزینه ای مناسب برای نسل جدید مخابرات سیار محسوب می شوند. یکی از اساسی ترین موارد در سیستم های سیار که نقش تعیین کننده ای در عملکرد سیستم دارد. مساله تخمین کانال است. در سیستم mimo-ofdm، تخمین کانال به معنای تعیین وضعیت زیر کانال های فضایی مستقل از هم بین هر زوج آنتن و گیرنده که هر یک به نوبه خود یک کانال گزینشگر فرکانس و متغیر با زمان است، می باشد . در این پروژه ابتدا با بررسی روش های مختلف تخمین کانال در یک سیستم ofdm، تخمین کانال به کمک سیگنال راهنما به عنوان روشی مناسب برای کانال های سیار گزینشگر فرکانس در سرعت های معمول، معرفی شده است. پس از بررسی روش های مختلف تخمین در محل سمبول های راهنما، انواع روش های دون یابی کانال بررسی شده و عملکرد و پیچیدگی آن ها مقایسه گردیده است. در میان تخمین گرهای خطی روش mmse ، در هر دو دو راستای زمان و فرکانس جواب بهینه را بدست می دهد، اما، پیچیدگی بالایی دارد. از این رو در راستای فرکانس، از درون یابی مبتنی بر dft به دلیل کارآیی مطلوب (نزدیک به معیار بهینه mmse) و همچنین امکان کاهش قابل ملاحظه پیچیدگی با بکارگیری الگوریتم های مختلف fft، استفاده می شود. برای تخمین کانال در سیستم های mimo-ofdm باید روش های تخمین کانال در ofdm را با شیوه ای مناسب به سیستم های mimo بسط داد. در این راستا طبیعتا مهمترین مساله، افزایش پیچیدگی این روش هاست. یک روش متداول برای کاهش این پیچیدگی آنست که در هر زیر حامل به طور همزمان تنها یک آنتن فرستنده اقدام به ارسال راهنما کند و بقیه آنتن ها مسکوت باشند. بدین ترتیب علاوه بر حفظ تعامد دنباله راهنمای آنتن های مختلف، نیاز به محاسبه معکوس ماتریس برای تخمین کانال در محل سمبول ها راهنما نیز از بین می رود. روش های تخمین کانال در راستای فرکانس مبتنی بر dft از ساختار راهنمای مذکور استفاده می کنند. تاکنون بیشتر در قالب الگوریتم های تکراری ارایه شده اند. بخش اصلی این پروژه پیشنهاد و شرح روشی غیر تکراری مبتنی بر dft برای تخمین کانال در راستای فرکانس اختصاص دارد. این روش با جبران شیفت فرکانسی ناشی از دنباله های راهنمای مربوط به آنتن های فرستنده دوم به بعد (در ساختارهای شانه ای و مستطیلی) با حذف تکرار از الگوریتم تکراری تخمین کانال، ضمن حفظ عملکرد، پیچیدگی را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد.

در کمتر از یک دهه، همزمان با به روی کار آمدن نسل های دوم و سوم مخابرات سیار، شرکت های ارائه کننده سرویس مخابرات سلولی به فکر افزودن خدمات مبتنی بر موقعیت به شبکه های مخابرات سیار افتاده اند. طبق تصویب کمیته فدرال مخابرات آمریکا، تمامی شرکت های ارائه کننده خدمات مخابرات سلولی. بایستی مجهز به سیستمی باشند که بتواند موقعیت کاربر را در شبکه در دو سوم موارد (67 درصد) با خطایی کمتر از 100 متر بدست آورد یا حد اقل در 97 درصد موارد اعلام موقعیت، خطا کمتر از 300 متر باشد. تحفیفات در زمینه مکان یابی بی سیم، به عنوان یک موضوع مهم امنیت عمومی مورد توجه قرار گرفته است بطوریکه می توان بسیای از کاربرها را در سیستم های سلولی آینده اضافه کرد. از انجا که انتظار می رود سیستم های نسل چهارم در سال های بین 2010 و 2015 به عنوان شبکه های گسترده با سرعت های بسیار بالا به بهره برداری برسند. در این پایان نامه به تخمین مکان کاربر در شبکه های مخابرات سیار سلولی نسل چهارم مبتنی بر همیاری موبایل ها و شبکه می پردازیم. برای کاهش خطای دید غیر مستقیم که تاثیر جدی بر مکان یابی موبایل دارد الگوریتم جدید چگالی بیشینه md(maximum density را پیشنهاد کرده سپس با بکارگیری الگوریتم چگالی پیشینه در الگوریتم مکان یابی همیار، الگوریتم جدید چگالی بیشینه همیار cmd(cooperative maximum density) را معرفی می کنیم. نشان می دهیم که الگوریتم های پیشنهادی چگالی پیشینه و چگالی پیشینه همیار نسبت به الگوریتم های تلفیقی عملکرد بهتری داشته و الزامات کمیته فدرال مخابرات آمریکا را بر آورده می کنند.

یکی از مهمترین نیازمندی های نسلهای آتی سیستمهای مخابرات سیار سلولی، تامین گذردهی (throughput) بالا جهت پشتیبانی از کاربردهایی است، که نرخ داده بالایی را بخصوص در ارتباط (لینک) مستقیم مطالبه می کنند. در ارتباط مستقیم یک سیستم سلولی، انتخاب پارامترهای ارسال مربوط به هر یک از کاربران هم-کانال، نه تنها در کیفیت ارتباط مربوط به آن کاربر خاص، بلکه در تمام ارتباطات (لینکهای) هم-کانال تاثیر می گذارد. از این رو، به منظور بیشینه (ماکزیمم) کردن کل گذردهی، انطباق همزمان قدرت و مدولاسیون، (یعنی انتخاب بهینه سطوح قدرت و مراتب مدولاسیون، با توجه به شرایط کانال مستقیم و برای هریک از کاربران هم-کانال) بسیار مهم است. این انطباق بهینه سطوح قدرت و مراتب مدولاسیون، یک مساله بهینه سازی غیرخطی و مشروط می باشد، که در صورت محدود بودن سطوح قدرت و مدولاسیون ارسالی، مساله مذکور یک مساله بهینه سازی n-p-complete است. بنابراین، روش بهینه سازی شناخته شده ای برای حل این مسئله موجود نیست. به علاوه، روشهای پیشنهادی انطباق قدرت و مدولاسیون، که مبتنی بر محاسبه گرادیان تابع هدف (کل گذردهی) می باشند، پتانسیل بالایی جهت همگرایی به ماکزیمم های محلی تابع هدف را دارند. در این پایان نامه، مساله انطباق همزمان قدرت و مدولاسیون، با استفاده از دو روش بهینه سازی فوق رهگشا (meta-heuristic): tabu search (ts) و (sa) simulated annealing)، مورد بررسی قرار گرفته است. استفاده از این روشها، احتمال به دام افتادن در ماکزیمم محلی را کم کرده، و احتمال یافتن ماکزیمم فراگیر را افزایش می دهد. نتایج بدست آمده از شبیه سازی ها حاکی از بهبود قابل ملاحظه در کل گذردهی حاصل از بکارگیری روشهای فوق رهگشا (بخصوص tabu search) نسبت به روش مبتنی بر گرادیانی است که در این پایان نامه شرح داده شده است. از لحاظ زمان مورد نیاز برای همگرایی، روش مبتنی بر گرادیان، از دو روش دیگر (ts و sa) بهتر است، ولی پتانسیل این روش به همگرایی به ماکزیمم های محلی، حاکی از ضعف بالقوه این روش در فراهم آوردن گذردهی بالا است. در این راستا، با توجه به زمان اجرای الگوریتم مبتنی بر ts، که بین دو روش مبتنی بر گرادیان و الگوریتم مبتنی بر sa است، و باتوجه به گذردهی حاصله از بکارگیری آن، که به مراتب نسبت به دو روش دیگر بیشتر است، بکارگیری ts جهت انطباق قدرت و مدولاسیون بسیار نویدبخش به نظر می رسد.

شبکه های نوری بامسیریابی به تفکیک طول موج، یکی از انواع شبکه های نوری هستند که به دلیل قابلیت هایی مثل dwdm ، استفاده مجدد طول موج و قابلیت تجدید آرایش آسان. به صورتی وسیع به عنوان زیرساخت شبکه های نوری گسترده استفاده می شوند. برای استفاده از شبکه های نوری با مسیریابی به تفکیک طول موج، نیاز است که در طراحی و بهینه سازی مسیریابی این گونه شبکه ها، لایه شبکه و لایه فیزیکی زیرساخت به نحو مناسبی در نظر گرفته شوند. اگر طراحی و بهینه مسیریابی با فرض لایه شبکه و لایه فیزیکی ایده آل انجام شود. طراحی غیر کارآمد و غیر واقعی می باشد. برای فائق آمدن بر این مشکل، در این پروژه، با در نظر گرفتن لایه شبکه و لایه فیزیکی واقعی در بهینه سازی مسیریابی، یک روش برای بهینه سازی مسیریابی استاتیکی واقعی در شبکه های نوری با مسیریابی به تفکیک طول موج ارائه خواهد شد. در این پروژه، با تاکید بر رفتار غیر ایده آل المان های شبکه، محدودیت های لایه شبکه و لایه فیزیکی در ارزیابی عملکرد رویکردهای مختلف بهینه سازی مسیریابی، در نظر گرفته می شود که ارزیابی عملکرد در شبکه های نوری با مسیریابی طول موچ، واقعی تر و دقیق تر باشد. به علاوه در این پروژه، یک رویکرد بهینه سازی مسیریابی برای شبکه های نوری با مسیریابی به تفکیک طول موج پیشنهاد می شود که محدودیت ها و هزینه های ناشی از لایه شبکه و لایه فیزیکی را به صورت یکجا در بهینه سازی مسیریابی در نظر می گیرد. در فصل (4) رویکردهای مختلف مسیریابی نه تنها از نظر عملکرد لایه شبکه بلکه از نظر عملکرد لایه فیزیکی نیز ارزیابی می شوند. در فصل (5)، یک مدل جدید هزینه پیشنهاد می شود که محدودیت ها و هزینه های ناشی از لایه شبکه و لایه فیزیکی را به صورت یکجا در نظر می گیرد. سپس در فصل (5)، یک الگوریتم مسیرسابی ابتکاری پیشنهاد می شود که به نحو مناسبی، تابع هزینه ناشی از مدل هزینه پیشنهادی را کمینه می کند و باعث صرفه جویی زیاد در استفاده از تجهیزات گران قیمت شبکه، می شود. و نهایتاً در فصل (6)، نتیجه گیری پروژه ارائه می شود.