سیستم های فرا پهن باند به دلیل استفاده از پالس های بسیار باریک دارای قابلیت های ذاتی مهمی هستند. از آن جمله می توان سادگی ساختار فرستنده و گیرنده، توانایی زیاد در تفکیک زمانی، امکان استفاده در سیستم های مکان یابی با دقت زیاد و هم چنین قابلیت تفکیک سیگنال های چندمسیری را نام برد. برای این که بتوان از این خصوصیات به خوبی سود جست، به روش هایی کارا برای دمدولاسیون در گیرنده نیاز داریم و اولین قدم برای این کار همزمانی به مفهوم پیدا کردن محدوده زمانی سمبل های ارسالی است. استفاده از پالس های بسیار باریک در سیستم های فرا پهن باند باعث پیچیدگی بیش از پیش بحث همزمانی در آن ها شده است. از روش های مناسبی که در سال های اخیر در این زمینه معرفی شده است، روش همزمانی و دمدولاسیون مبتنی بر مجموع الگوی سیگنال دریافتی یا sat است. قابلیت های مناسب این روش از جمله سادگی پیاده سازی، کور بودن، مقاومت در برابر تداخل بین سمبل ها (isi) و بین فریم ها (ifi) باعث شده است تا ما نیز آن را مبنای کار خود، در این پایان نامه قرار دهیم. بر این اساس ابتدا روش های جدیدی (انتخاب سطح آستانه مناسب و بهینه سازی پنجره انتگرال گیری) برای بهبود دقت همزمانی در sat ارائه داده ایم. بهبود عملکرد در روش های ارائه شده به گونه ای است که از نتایج آن می توان بدون پردازش های اضافی دیگر، برای مکان یابی فرستنده یا گیرنده فرا پهن باند در روش های مبتنی بر تخمین زمان ورود سیگنال (toa) نیز استفاده کرد. در ادامه، با گسترش ایده همزمانی مبتنی بر sat، روش جدید دیگری را که از کدهای پرش زمانی نامتناوب استفاده می کنند ارائه داده ایم. اهمیت استفاده از کدهای نامتناوب در ایجاد امنیت بالاتر برای ارسال داده ها و هم چنین ایجاد طیف فرکانسی هموارتر است. نتایج شبیه سازی ها کارآیی روش های پیشنهادی را تأیید می کنند.

حذف جمینگ یا تداخل عمدی در سیستم های ارتباطی طیف گسترده از اهمیت زیادی برخوردار است. این موضوع بخصوص در سیستم های طیف گسترده پرش فرکانس که در مخابرات نظامی کاربرد زیادی دارند مهمتر است. علت کاربرد سیگنال های پرش فرکانس در ارتباطات نظامی کاهش احتمال شنود و استراق سمع، مقابله با تداخلات عمدی و یا غیر عمدی و بطور کلی افزایش امنیت ارسال اطلاعات نسبت به سایر سیستم های ارتباطی می باشد. الگوریتم های جداسازی کور منابع از سالیان گذشته در حوزه پردازش سیگنال بسیار مورد توجه قرار گرفته اند. کور بودن این الگوریتم ها بمعنی عدم دسترسی و یا دسترسی محدود به خصوصیات منابعی است که با یکدیگر ترکیب شده اند. این الگوریتم ها تاکنون بیشتر برای جداسازی سیگنال های مورد استفاده در رشته پزشکی، بهبود کیفیت سیگنال صوت و همچنین در جداسازی تصاویر مورد استفاده قرار گرفته اند. در سال های اخیر تحقیقات گسترده ای برای بکارگیری این الگوریتم ها در مخابرات نظامی و همچنین در سیستم های ارتباطی طیف گسترده انجام شده است. عوامل تخریب سیگنال های طیف گسترده اعم از عمدی و یا غیر عمدی انواع مختلفی دارند که از آن جمله می توان به تداخل سیگنال های باند باریک، تداخل سیگنال های موجود در یک باند فرکانسی اما با پترن های پرش فرکانس متفاوت و مهمترین آنها جمر دنبال کننده اشاره نمود. جمر دنبال کننده در حقیقت از طریق شنود سیگنال طیف گسترده ارسالی در سیستم ارتباطی خودی، فرکانس حامل هر پرش را تخمین می زند و سیگنالی با همان فرکانس حامل به سمت گیرنده ارسال می کند که باعث افت شدید نسبت سیگنال به تداخل می شود. در این پروژه چگونگی حذف انواع جمرها از سیگنال های طیف گسترده پرش فرکانس مورد بررسی قرار می گیرد. الگوریتم هایی که برای جداسازی در این پروژه مورد استفاده قرار گرفته اند عبارتند از الگوریتم گرادیان و الگوریتم fastica که از کاربردی ترین الگوریتم ها در حوزه جداسازی کور منابع هستند. برای انجام عمل جداسازی تعداد منابع و سنسورها با هم برابر و برابر 2 در نظر گرفته می شوند. در نهایت مقایسه ای بین دو الگوریتم ذکر شده از لحاظ همگرایی، دقت و سرعت جداسازی انجام شده است. حذف سیگنال جمر از سیگنال طیف گسترده پرش فرکانس با استفاده از تکنیک های جداسازی کور منابع موضوع جدیدی است که در این پروژه به آن پرداخته شده است. حذف جمر برای بدترین حالت جمر یعنی جمر دنبال کننده و درحالتیکه جمر دنبال کننده سیگنال تخریب کننده خود را در کل پهنای باند یک کانال فرکانسی ارسال می کند انجام شده است. درصورتیکه اثرات جمر حذف نشود امکان بازیابی اطلاعات در گیرنده وجود ندارد. با حذف این نوع جمر با استفاده از الگوریتم fastica در گیرنده به احتمال خطای بیت 5×10-5 در حالتیکه نسبت سیگنال به نویز برابر 10 db است دست یافته ایم. احتمال خطای بیت با استفاده از الگوریتم گرادیان در همین نسبت سیگنال به نویز در حدود 10-4 است. نوآوری این پروژه در حقیقت بکارگیری الگوریتم های جداسازی کور منابع برای جداسازی سیگنال های طیف گسترده پرش فرکانس است. حذف سیگنال جمر دنبال کننده از سیگنال مطلوب در سیستم ارتباطی پرش فرکانسی با استفاده از الگوریتم های جداسازی کور منابع نیز بطور خاص در این پروژه مورد بحث و بررسی قرار گرفته است.

در سالهای اخیر، افزایش تمایل برای استفاده از پهنای باند رادیویی از یک طرف و عدم بهره گیری مناسب از پهنای باند موجود از طرف دیگر، محققان را به فکر ارایه راه کارهایی مانند رادیو شناختگر برای بکارگیری هر چه مناسب تر پهنای باند رادیویی انداخته است. در رادیو شناختگر به منظور افزایش بهره وری پهنای باند، در کنار شبکه مخابراتی اولیه که مالک پهنای باند مورد نظر است، شبکه های ثانویه ای نیز می توانند با رعایت تقدم شبکه اولیه از همان پهنای باند استفاده نمایند. در رادیو شناختگر آگاهی از شرایط محیطی بویژه مکان گره های اولیه نقش مهمی را در بهبود عملکرد شبکه ثانویه و کاهش تداخل آن با شبکه اولیه از طریق بکارگیری آنها در روش هایی مانند شکل دهی پرتو و کنترل توان ایفا می کند. در میان الگوریتم های رایج مکانیابی، الگوریتم زاویه ورود سیگنال aoa (angle of arrival) یا شکل تغییر یافته الگوریتم توان سیگنال دریافتی rss (received signal strength) در تخمین مکان گره اولیه در رادیو شناختگر قابل استفاده هستند. در این پایان نامه، برای بهره گیری از مزایای هر دو الگوریتم، سیستم مکانیابی پویای وفقی aoa-rss معرفی شده است که در هر تخمین با استفاده از یک معیار انتخاب مبتنی بر جذر میانگین مربعات خطای تخمین، الگوریتم برتر را برای تخمین مکانی انتخاب می نماید. شبیه سازی ها نشان می دهد که سیستم مکانیابی پیشنهادی همواره الگوریتم با خطای کمتر را در میان الگوریتم های aoa و rss انتخاب کرده و عملکرد آن از هر دو الگوریتم موجود بهتر است، بدون آنکه حجم محاسبات افزایش یابد. با توجه به شبیه سازی ها، خطای تخمین سیستم مکانیابی پیشنهادی بطور متوسط 25 در صد کمتر از خطای الگوریتم rss و 30 درصد کمتر از خطای الگوریتم aoa است.

امروزه با رشد تکنولوژی ارتباطات شاهد تغییرات مداوم در زندگی هستیم. اینترنت، سرویس های داده باند وسیع و سرویس های موبایل جزء لاینفک زندگی مردم شده و زندگی بدون آنها قابل تصور نمی باشد. نیاز به ارتباط پر سرعت همراه با قابلیت جابجایی کاربران رو به افزایش بوده به طوری که شبکه های بی سیم باند وسیع تمام محیط شهری را احاطه کرده اند. تاکنون از شیوه تخصیص ثابت در اختصاص باند فرکانسی به کاربران استفاده می شد اما محدودیت های موجود در این شیوه تخصیص به دلیل عدم تطبیق آن با رشد تعداد کاربران، نیاز به یک الگوی مخابراتی دیگر را ضروری ساخته که بتواند خود را با شرایط ترافیک بالا در باند وسیع برای کاربران متعدد هماهنگ سازد. در این راستا مفهوم کلی رادیو شناختگر به عنوان ابزاری در رفع نقیصه فوق مطرح گردید. چنان چه از اندازه گیری های چگالی طیف فرکانسی مورد استفاده حتی در مناطق پرترافیک مخابراتی مشخص است، درصد پایینی از ابعاد فرکانس- زمان- مکان صرف ارسال و دریافت کاربران دارای مجوز و در طیف فرکانسی فرصت های بسیاری برای واگذاری آن ها به کاربران بدون مجوز بدون استفاده رها شده است. بحث حسگری طیف یکی از کلیدی ترین مباحث رادیو شناختگر و اولین لایه در شناخت این فضاهای خالی است. تکنیک های مختلفی برای انجام حسگری طیف تا کنون مطرح بوده که به دلیل سادگی در پیاده سازی و سرعت به نسبت خوب در همگرایی آن، تکنیک رادیومتری یا همان آشکارسازی انرژی بیشتر مطرح بوده است. بیشتر تلاش های صورت گرفته در بحث حسگری طیف تاکنون سعی بر بالاتر بردن عملکرد آن از دید احتمال تشخیص صحیح داشته اند اما به پارامترهای مهمی مانند مدت زمان لازم برای انجام حسگری و همچنین تعداد نمونه های لازم برای تصمیم گیری کم توجه بوده ‍ اند. با توجه به اولویت بهره برداری کاربر اولیه از طیف فرکانسی و لزوم تخلیه کانال مورد استفاده کاربر ثانویه بلافاصله پس از درخواست ارسال کاربر اولیه، زمان صرف شده برای انجام حسگری طیف اهمیت خود را نشان می دهد. در این پایان نامه، پس از بررسی آزمون نسبت احتمالات متوالی(sprt)، الگوریتمی جهت بهبود زمان لازم برای حسگری طیف به کمک کاهش تعداد نمونه های لازم برای تصمیم گیری ارائه شده است. این الگوریتم چه در حالت تک کاربره و چه در حالت مشارکت میان کاربران مورد بررسی قرار گرفته و نتایج به دست آمده در شبیه سازی با نتایج آشکارساز انرژی در کانال awgn و کانال سایه با هم مقایسه شده است و در این حالت حدود 85% کاهش را در تعداد نمونه های لازم برای تصمیم گیری کاربران رادیو شناختگر ایجاد می نماید. حتی با بالا رفتن نسبت سیگنال به نویز، سرعت تصمیم گیری الگوریتم پیشنهادی به طور چشمگیری بالاتر خواهدرفت.

مسأله تخصیص توان در شبکه های شناختگر به عنوان یکی از دو منبع اساسی (توان، فرکانس) در اختیار شبکه شناختگر از اهمیت بالایی برخوردار است. مسأله تخصیص فرکانس در شبکه شناختگر را نیز می توان به صورت تخصیص یا عدم تخصیص توان در زیرحامل مربوطه مدل کرد. بنابراین مسأله تخصیص توان در این شبکه ها یک مسأله اساسی است. رعایت شرط دمای تداخل در شبکه شناختگر اقتضایی منجر به نوع جدیدی از بازی خواهد شد. ما در این پایان نامه برای اولین بار اطلاعات غیربلادرنگ پراکندگی کاربران را در حالت شبکه شناختگر چندکاربره برای کنترل توان در شبکه های شناختگر اقتضایی غیر مشارکتی در مدل همزیستی معمول شبکه های شناختگر به کار برده ایم. از طریق این اطلاعات طی بیان و اثبات یک قضیه تزویج بین فضای کنش فرستنده های شناختگر را به عنوان مهمترین نقطه ضعف مدل بازی شبکه های شناختگر اقتضایی غیر مشارکتی از میان برداشتیم. علاوه براین به طور ضمنی پیچیدگی مسأله تخصیص توان در شبکه شناختگر اقتضایی غیرمشارکتی با کاربر ثانویه، کاربر اولیه و زیرحامل را از شرط به شرط تقلیل دادیم. در ضمن این قضیه اثر استفاده از توانایی شکل دهی به پرتو در فرستنده های شناختگر را نیز مدل نمودیم. در این پایان نامه ما با بیان و اثبات متوالی 4 قضیه، الگوریتم ساده و توزیع شده غرقابی تکراری غیرهمزمان را از طریق رهیافت نامساوی متغیرخطی برای استفاده در شبکه های شناختگر اقتضایی غیرمشارکتی در مدل همزیستی معمول شبکه های شناختگر مطرح کردیم. پس از آن با استفاده از رهیافت سیستم های پویا و نگاشت شبه انقباضی همگرایی این الگوریتم را در مُد غیرهمزمان تحت شرایط خاص ثابت کردیم. در انتها نیز سرعت همگرایی الگوریتم غیرهمزمان را با مشابه های همزمان و ترتیبی اش از طریق شبیه سازی مقایسه کردیم. علاوه براین از طریق شبیه سازی اثر استفاده از توانایی شکل دهی به پرتو در فرستنده های شناختگر را روی نرخ داده قابل حصول آن ها بررسی کردیم.

در این پایان نامه به بررسی شبکه های رله چندوروردی چند خروجی می پردازیم که از یک منبع ,یک مقصد و k رله تشکیل می شود. منبع و مقصد و هر یک از رله ها مجهز به چندین آنتن می باشند. بکارگیری تکنیک دایورسیتی فضایی و استفاده از رله ها در این دسته از شبکه ها, بشدت موجب بهبود عملکرد سیستم خواهد شد اما یکی ازمسائل مهم چگونگی تخصیص بهینه منابعی از قبیل توان ,پهنای باند ,مسیرمناسب و… است .رله ها را در مد تقویت و ارسال فرض کرده و در مقصد از دو نوع گیرنده حداقل کننده خطای میانگین مربع یا اعمال کننده نقطه صفر استفاده می کنیم . هدف محاسبه ضرایب بهینه رله ها با فرض وجود هریک از این گیرنده هاست . در کارهایی که تاکنون در مقالات دنبال شده , با معرفی برخی الگوریتم ها مسائل بهینه سازی حل شده و بایافتن ضرایب بهینه رله ها , عملکرد این دو گیرنده با یکدیگر مقایسه می شود . اثر پذیری عملکرد این گیرنده ها از وجود محدودیت توان در نقاط مختلف شبکه , تعداد رله ها و آنتن ها ,ازطریق شبیه سازی به بحث گذاشته شده بطوری که به عنوان نمونه (همان طور که در کارهای دیگر مراجع نیز آمده ) با افزایش تعداد رله ها در احتمال خطای 10-3 حدود 4db بهبود عملکرد خواهیم داشت . روشهای پیشنهادی که در این پایان نامه ارائه گردیده عبارتست از معرفی الگوریتمی بهینه به منظور محاسبه ضرایب رله ها به ازای گیرنده های خطی حداقل کننده خطای میانگین مربع و حذف کننده تداخل با و بدون محدودیت توان , که با بکارگیری آن می توان عملکرد شبکه را در نسبت سیگنال به نویز های پایین , نسبت به سایر الگوریتم های مورد استفاده در کارهای صورت گرفته در مراجع مرتبط , به مراتب بهبود بخشید (به عنوان نمونه در نسبت سیگنال به نویز 5db حدود 6db بهبود عملکرد حاصل می شود). علاوه بر این , با در نظر گرفتن مسیر مستقیم میان فرستنده و گیرنده , بدین نحوکه گیرنده علاوه بر سیگنال دریافتی ازطریق رله ها از طریق فرستنده نیز سیگنال دریافت می کند, ساختار جدید دیگری را برای این دسته از شبکه ها معرفی کرده ایم که در این ساختاربه انجام تحلیل های ریاضی و نتایج شبیه سازی پرداخته ایم و نشان می دهیم که عملکرد گیرنده حداقل کننده خطای میانگین مربع به مراتب بهتر می شود بطوری که درنسبت سیگنال به نویز 20db حدود 12db بهبود عملکرد تابع خطای میانگین مربع را نسبت به حالتی که مسیر مستقیم بین فرستنده و گیرنده نباشد ,خواهیم داشت .

در این پایان نامه، تخصیص منابع متمرکز (زمان، فرکانس و توان) در یک شبکه چندکاربره رله مبتنی بر ofdma و در یک سناریوی فروسو مورد بررسی و شبیه سازی قرار گرفته است. مسأله مورد نظر در رابطه با حداقل ساختن مجموع توان ارسالی ایستگاه پایه و ایستگاه های رله با اعمال شرط بر روی نرخ درخواستی کاربرها می باشد. برای حل مسائل و انجام شبیه سازی سطوح گسسته برای مدولاسیون وفقی در نظر گرفته شده است. سناریوی مورد بررسی یک شبکه سلولی است که ایستگاه پایه و ایستگاه های رله در مرکز هر سلول قرار داشته و کاربرها در سیستم مورد نظر به صورت تصادفی و یکنواخت در سراسر شبکه توزیع می گردند. در این پایان نامه، روشی پویا برای تخصیص کاربرها به ایستگاه های مرکزی ارائه شده است. این روش برای تخصیص کاربر به ایستگاه پایه و ایستگاه های رله از میانگین گیری بر روی ضرایب فیدینگ کانال استفاده می کند. الگوریتم-های پویا مربوط به تخصیص زیرفریم زمانی به ایستگاه های مرکزی، تخصیص زیرحامل ها به کاربران و بار کردن بیت وفقی در این پایان نامه مورد بررسی و شبیه سازی قرار می گیرند. کانال مخابراتی تحت تاثیر تلفات مسیر، فیدینگ رایلی و اثر سایه log-normal است. عملکرد الگوریتم های پویا و ایستا در ارتباط با میزان مجموع توان ارسالی ایستگاه پایه و ایستگاه های رله در یک شبکه چند کاربره مبتنی بر ofdm و همچنین یک شبکه چندکاربره رله مبتنی بر ofdma با یکدیگر مقایسه می شوند. در این پایان نامه، یک الگوریتم جدید برای تخصیص پویای زیرحامل به کاربران و برای حالتی که در شبکه استفاده مجدد فرکانسی داریم، ارائه شده است. این الگوریتم بر اساس توابع هزینه ای که بیانگر توان ارسالی در شبکه هستند به صورت منصفانه و پویا زیرحامل ها را به کاربرهای موجود در شبکه تخصیص می دهد. بر اساس شبیه سازی های انجام شده میزان بهبودی الگوریتم پیشنهادی نسبت به روش بدون استفاده مجدد فرکانسی به ازای کمترین تعداد کاربر و نرخ درخواستی (10 کاربر و نرخ 32 بیت در سمبل ofdm) به میزان 0.01db بوده و با افزایش تعداد کاربر و نرخ درخواستی تا (30 کاربر و نرخ 96 بیت در سمبل ofdm) این بهبودی تا 33.51db افزایش داشته است. همچنین با در نظر گرفتن تداخل فرکانسی کاربرها در شبکه سلولی، توان هر زیرحامل به گونه ای محاسبه شده است که کیفیت سرویس مطلوب برای هر زیرحامل که در اینجا احتمال خطای قابل تحمل است، حفظ گردد. برای رسیدن به این منظور یک روش پیشنهادی مطرح شد که منجر به تشکیل مساله بهینه سازی برای هر یک از مجموعه زیرحامل های تداخلی گردید. در این مسائل، تابع هدف مجموع توان های تداخلی برای هر زیرحامل بوده و تابع شرط نیز بر اساس بیشتر بودن سیگنال به نویز و تداخل (sinr) از سیگنال به نویز غیر تداخلی محاسبه گردیده است. پس از حل این مسائل با استفاده از linear programming، مجموع توان مصرفی تداخلی در شبکه قابل محاسبه شد. بر این اساس مقدار واقعی توان مصرفی در شبکه برای حذف تداخل و با رعایت احتمال خطای قابل تحمل برای هر زیرحامل به دست آمد. بر اساس شبیه سازی انجام شده برای (20 کاربر و نرخ 28 بیت در سمبل ofdm) توان ارسالی کل میانگین در روش استفاده مجدد فرکانسی بدون در نظر گرفتن تداخل، نسبت به روش بدون استفاده مجددد فرکانسی دارای 4.77db بهبودی است. اما با در نظر گرفتن تداخل در شبکه و محاسبه توان کل در این حالت نشان داده شد که میزان بهبودی واقعی به دست آمده 3.42db می باشد. روش پیشنهاد شده برای تخصیص توان آگاه از تداخل، برای اندازه های مختلف کلاستر در روش استفاده مجدد فرکانسی نیز قابل پیاده سازی است.

یکی از راهکارهای مناسب برای استفاده ی بهینه از منابع در شبکه های مخابراتی با پیکربندی پویا، (شبکه با تعداد کاربران و qos متغیر)، تطبیق توان و شکل موج کاربران در فرستنده است. تحقیقات زیادی در زمینه ی تطبیق شکل موج در فضای سیگنال های متعامد و همچنین کنترل توان انجام گرفته است. اخیراً الگوریتم های توزیع شده ای مبتنی بر نظریه ی بازی غیر مشارکتی تفکیک پذیر، برای تطبیق توام شکل موج و توان در شبکه های cdma با کانال ایده آل پیشنهاد شده است. در این پایان نامه لینک فراسوی یک سیستم همزمان cdma تک سلولی درنظر گرفته شده است. در الگوریتم های تطبیق شکل موجی که تا کنون ارائه شده اند، معمولاً کانال بین فرستنده و گیرنده، ایده آل در نظر گرفته شده است. در این جا ضمن تعمیم الگوریتم تطبیق شکل موج توأم با کنترل توان، به حالتی که کانال بین فرستنده و ایستگاه پایه انتخاب گر فرکانس است، ایرادات فنی موجود در پیشینه ی پژوهش (در اثبات وجود تعادل نش و استخراج الگوریتم تطبیق شکل موج)، مورد بررسی قرار گرفته و بر طرف شده اند. علاوه بر وجود تعادل نش برای بازی تطبیق شکل موج، بهینگی نقطه ی ثابت الگوریتم ارائه شده نیز از اهمیت ویژه ای برخوردار است. پیش از این شکل موج ها و توان های بهینه برای دستیابی به sinrهای مطلوب در سیستم فوق بدست آمده است. ثابت خواهد شد که در حضور نویز سفید، در نقطه ی ثابت الگوریتم شکل موج ها و توان کاربران همان شکل موج های بهینه موسوم به دنباله های gwbe خواهد بود. در چنین نقطه ی ثابتی فیلتر منطبق و فیلتر mmse دارای کارایی یکسان هستند. در گذشته، ظرفیت کاربری به عنوان بیشینه تعداد کاربران مجاز در شبکه به ازای واحد گین پردازش مورد ارزیابی قرار گرفته است. همچنین ناحیه ی مجاز بودن کاربران برای حالتی که قید توان دریافتی برای کاربران در نظر گرفته نشده است مورد بررسی قرار گرفته است. در این جا نشان داده ایم که قید بیشینه توان دریافتی در گیرنده باعث کوچک شدن ناحیه ی مجاز بودن کاربران می شود. همچنین معیاری برای تشخیص مجاز بودن کاربران با قید توان دریافتی ارائه داده ایم. همواره نمی توان فرض کرد که تمام کاربران موجود در شبکه دارای فرستنده های مجهز به رادیو نرم افزارها با قابلیت تطبیق شکل موج هستند. در بسیاری از موارد تلفیقی از کاربران با شکل موج ثابت و کاربران با شکل موج متغیر در شبکه حضور دارند. این کاربران ثابت می توانند کاربران مربوط به خود شبکه و یا مربوط به کاربران فعال در سلول های کناری باشند. در این پایان نامه نشان داده شده است که اگرچه برخی از کاربران قادر به تطبیق شکل موج خود نیستند، تقریباً همیشه، الگوریتم تطبیق شکل موج منجر به شکل موج هایی می شود که علاوه بر بهینگی برای کاربران متغیر، موجب بهینگی شکل موج های کاربران ثابت نیز می شود. به عبارت دیگر در نقطه ی ثابت الگوریتم هریک از کاربران کم ترین انرژی تداخل به علاوه ی نویز را احساس می کنند.

در این پایان نامه مخابرات مشارکتی کدشده مبتنی بر کدینگ شبکه مورد مطالعه قرار می گیرد. در این نوع از مشارکت که از آن با نام مشارکت کدشده شبکه یاد می شود، گره های شبکه این قابلیت را دارند که پیام های دریافتی را باهم و یا با پیام خودشان بر اساس کدینگ خطی ترکیب نموده و حاصل را ارسال نمایند. نشان داده شده است که با این شیوه می توان گذردهی شبکه را افزایش داد. در این پایان نامه ابتدا رفتار قطع مشارکت کدشده شبکه در یک شبکه سلولی ساده شامل دو کاربر و یک ایستگاه پایه مورد بررسی قرار می گیرد. در کارهای متداول انجام شده تا کنون سعی شده است که با تخصیص بهینه توان، احتمال قطع را تا حد ممکن کاهش دهند. اما ما با در نظر داشتن کیفیت سرویس، شیوه ای برای تخصیص بهینه توان ارائه می کنیم که با صرف حداقل توان، احتمال قطع را پائین تر از سطح آستانه مطلوب سیستم نگه دارد. در این شیوه مساله بهینه سازی غیر محدب دو بعدی را به یک مساله بهینه سازی یک بعدی که بسادگی قابل حل است، تبدیل می کنیم. نوع دیگری از مشارکت کدشده شبکه، مشارکت کدشده شبکه لایه فیزیکی یا آنالوگ است، که بیشتر در شبکه های رله دوسویه مورد مطالعه قرار گرفته است. در این شیوه از مشارکت گره رله سیگنال تداخلی ناشی از ارسال همزمان دو کاربر را تقویت کرده و در فاز دوم مشارکت به آنها باز می-گرداند. در واقع محیط و تداخل سیگنال ها نقش کدکننده شبکه را در اینجا بازی می کنند. حداکثر کردن نرخ کلی سیستم برای شبکه رله دو سویه مبتنی بر کدینگ شبکه آنالوگ هنوز یک مساله باز در مقالات است. ما شیوه تخصیص توان بهینه ای برای شبکه های رله دو سویه پیشنهاد می کنیم که نرخ کلی سیستم را با توجه به محدودیت توان مصرفی، حداکثر می سازد. همچنین الگوریتم تکرارپذیری پیشنهاد می کنیم که مساله تخصیص توان را به یک برنامه هندسی قابل تکرار تبدیل می کند که به گونه ای موثر و کارآمد قابل حل است. در ادامه مساله تخصیص رله در یک شبکه شامل چندین کانال رله دوسویه مبتنی بر کدینگ شبکه را مورد مطالعه قرار داده ایم. شیوه زیربهینه ای را برای انتخاب رله ارائه می دهیم که بجای جستجو در میان تمامی جایگشت های ممکن از تخصیص رله ها، روی زیر مجموعه ای از آنها که فاقد همبستگی هستند عمل جستجو برای یافتن بهترین حالت تخصیص رله ها را انجام می دهد. این روش گرچه زیربهینه است اما دارای بار محاسباتی بسیار کمتری است (بخصوص هنگامی که تعداد کاربران زیاد باشد). همچنین فرم بسته نرخ خطای بیت پایانه به پایانه را برای این شبکه بدست می آوریم

تکنولوژی رادیوی شناختی، به منظور حل مشکل کمبود و عدم استفاده بهینه از طیف فرکانسی در شبکه های مخابراتی بی سیم بوجود آمده است. این تکنولوژی مشکل استفاده غیر بهینه از طیف فرکانسی که ناشی از قوانین فعلی تخصیص فرکانس است را با استفاده از روش های تخصیص فرکانس به صورت پویا حل می نماید. پایه و اساس سیستم های رادیویی شناختی حس کردن طیف فرکانسی کاربران اولیه و در نتیجه آشکارسازی حفره های طیفی می باشد. حفره های طیفی هم در زمان و هم در مکان یافت می شوند. در این پایان نامه قصد داریم یک روش آشکارسازی حفره های جغرافیایی به صورت مشارکتی در یک کانال سایه افکنی لگنرمال با نویز جمع شونده گوسی ارائه دهیم. مسئله طرح شده برای آشکارسازی حفره های جغرافیایی به این صورت است که رادیوهای شناختی می بایست به صورت مشارکتی تعداد، مکان و توان ارسالی کاربران اولیه را در یک ناحیه جغرافیایی مشخص بدست آورند. در این حالت شبکه کاربران اولیه به صورت یک شبکه با تعدادی نقاط نامزد در نظر گرفته می شوند. با در دست داشتن اطلاعات تعداد، مکان وتوان ارسالی کاربران اولیه، این امکان به شبکه رادیویی شناختی داده می شود که به صورت همزمان با کاربران اولیه از باند فرکانسی کاربران اولیه در قسمت هایی از ناحیه جغرافیایی استفاده نمایند. روش پیشنهادی آشکارسازی حفره های جغرافیایی شامل دو فاز تخمین کانال و حس کردن طیف فرکانسی کاربران اولیه می شود که هم در فاز تخمین کانال و هم در فاز حس کردن طیف فرکانسی کاربران اولیه، روش های جدیدی پیشنهاد می شود. به منظور به دست آوردن تعداد، مکان و توان ارسالی کاربران اولیه، رادیوهای شناختی نیازمند تخمین و ردگیری گین کانال هستند. در این پایان نامه یک روش پشنهادی تخمین کانال با استفاده از مفهوم kriging و با استفاده از کالمن فیلتر توسعه یافته ارائه می شود. روش پیشنهادی تخمین کانال در دو حالت مشارکتی و غیر مشارکتی مورد بررسی قرار می گیرد. بعد از تخمین کانال، رادیوهای شناختی به صورت مشارکتی اقدام به حس کردن طیف فرکانسی کاربران اولیه می نمایند. در این قسمت فرض بر این است که هیچ اطلاعات اولیه در مورد تعداد، مکان و توان ارسالی کاربران اولیه در دسترس شبکه رادیویی شناختی قرار ندارد. در قسمت حس کردن طیف فرکانسی کاربران اولیه، از خاصیت پراکندگی بردار توان کاربران اولیه که ناشی از محدودیت های تداخلی که بر روی شبکه کاربران اولیه در نواحی جغرافیایی وجود دارد، استفاده می شود و با استفاده از الگوریتم lasso تعداد، مکان و توان ارسالی رادیوهای شناختی تخمین زده می شود. در این قسمت نیز به منظور بهبود عملکرد الگوریتم lasso، یک الگوریتم lasso وزن دار پیشنهاد می شود که شبیه سازی های انجام شده، بهبود عملکرد الگوریتم پیشنهادی را نشان می دهد.

در این پایان نامه ما مسئله ی شکل دهی پرتو فراسو و فروسو را برای یک شبکه ی رله ی بی سیم که در ان ارتباط بصورت دو طرفه است مورد بررسی قرار می دهیم. در ابتدا یک شبکه ی دو طرفه را در نظر می گیریم. که شامل دو دستگاه فرستنده-گیرنده تک انتن و یک رله ی mimo با n انتن است. ما یک پروسه ی طراحی دو مرحله ای را در نظر می گیریم. ابتدا از طریق شکل دهی پرتو گیرنده یک تخمین خطی از سیگنال های ارسالی بدست می اوریم. سپس مرحله ی شکل دهی پرتو فرستنده را انجام می دهیم. ما در اینجا قدرت ارسالی رله را ( که بوسیله ی رله مصرف می شود) تحت قید های نسبت سیگنال به نویز(snr )در دو دستگاه فرستنده-گیرنده کمینه می کنیم. بردارهای وزن شکل دهی پرتو فراسو از طریق بیشینه کردن sinr در رله بدست می ایند. که با استفاده از روش تجزیه بردار ویژه تعمیم یافته می توان ان را بدست اورد. ماتریس شکل دهی پرتو فروسو که یک ماتریس تبدیل خطی با ابعاد n×2 است، بوسیله ی بهینه سازی قدرت ارسالی رله تحت قید نسبت سیگنال به نویز (snr ) در دو دستگاه فرستنده-گیرنده تعیین می شود. سپس طرح پیشنهادی مان را با کارهای انجام شده ی دیگر مقایسه کرده ایم.

با توجه به گسترش روزافزون شبکه های بی سیم، نیاز به سرعت بالاتر در انتقال داده بیشتر احساس می شود. اما پدیده هایی مانند محوشدگی، سایه و تضعیف در محیط بی سیم همواره سدی در برابر کارایی سیستم های مخابراتی بوده است. اخیراً تکنیک مشارکت کاربران در انتقال داده یا مخابرات مشارکتی در جوامع علمی بسیار مورد توجه بوده است. در این تکنیک، با استفاده از مشارکت کاربران در ارسال داده، چند کپی از پیام به مقصد فرستاده می شود و در نتیجه میزان خطا و احتمال وقفه به میزان محسوسی کاهش می یابد. مزیت دیگر استفاده از کاربران در ارسال پیام، کاهش مقدار توان مورد نیاز در ارسال است که همزمان موجب افزایش طول عمر باطری ها و همچنین کاهش تداخل در شبکه های بی سیم دیگر می شود. در این پایان نامه، ابتدا مروری بر انواع شبکه های رله و پروتکل های مورد استفاده در آن ها خواهیم داشت. پروتکل های رله در حالت کلی به دو نوع باززا و گذرا بخش بندی می شوند. در اینجا ما پروتکل باززا و گذرای کدبرداری و ارسال و تقویت و ارسال را بررسی می کنیم. در بررسی شبکه های رله، برای یک شروع ساده، احتمال وقفه و خطای یک شبکه دوپرشی تک شاخه را در دو حالت استفاده از پروتکل های کدبرداری و ارسال و تقویت و ارسال، مورد بررسی قرار می دهیم. خواهیم دید که در سیگنال به نویز های پایین، پروتکل کدبرداری و ارسال نسبت به پروتکل تقویت و ارسال کارایی بهتری دارد ولی در سیگنال به نویز های بالا عملکرد آن ها یکسان است. در ادامه همین شبکه را با توجه به بهینه سازی توان مورد بررسی قرار می دهیم و آن را با حالتی که چندین کاربر به صورت چندپرشی در انتقال همکاری کنند، مقایسه می کنیم و خواهیم دید که بهینه سازی، مصرف توان را به میزان db1 کاهش می دهد. برای ورود به فضای شبکه های رله گزینش گر، یک شبکه گزینش گر با معیار best-worst را از نقطه نظر خطا و احتمال وقفه بررسی می کنیم. در ادامه برای بهبود عملکرد شبکه مذکور، افزایش تعداد آنتن های رله را پیشنهاد کرده ایم و به این نتیجه رسیدیم که تا یک محدوده مشخصی از snr، افزایش آنتن بهتر از افزایش رله است. همچنین با بهینه سازی توان، میزان مصرف توان را حدود db 1.5کاهش داده ایم. در نهایت برای بدست آوردن روابط ساده تر، تحلیل در snr های بالا را برای احتمال وقفه و خطا انجام داده ایم. با توجه به محوشدگی و تقریب کوانتیزاسیون در سیستم های مخابراتی، فرض وجود ضرایب دقیق کانال نامعقول است. به همین دلیل، ما در ادامه برای اولین بار عملکرد شبکه رله دوپرشی تک شاخه در حضور کانال سایه با فرض اطلاعات کانال ناقص را بررسی کرده ایم. در این سناریو، روابطه بسته ریاضی برای احتمال وقفه در دو حالت پروتکل کدبرداری و ارسال و تقویت و ارسال بررسی شده اند و با استفاده از شبیه سازی میزان افت عملکرد با توجه به خطای کانال بررسی شده است. واژگان کلیدی: رله، پروتکل گذرا، پروتکل باززا، تخصیص توان، احتمال وقفه، احتمال خطای سمبل، خطای تخمین کانال

دایورسیتی مشارکتی می تواند افزایش چشم گیری در ظرفیت شبکه های بی سیم فراهم کند که بوسیله گره های موبایل در شبکه که به برقراری ارتباطات یکدیگر کمک می کنند، محقق می شود. این دایورسیتی به عنوان یکی از راه های موثر برای غلبه بر اثرات مخرب کانال همانند فیدینگ چندمسیره، سایه افکنی ، تلفات مسیر و تداخل، مطرح است. رله ها در این سناریو با کمک کردن به رله منبع، نسخه هایی از سیگنال منبع را به مقصد رسانده و با فراهم کردن دایورسیتی اضافی، کیفیت سیگنال را نیز بهبود می دهند. در مقالات، طرح های مختلفی از مخابرات مشارکتی مطرح شده که از مهمترین آنها میتوان به تقویت-ارسال (af)وکدبرداری-ارسال(df) اشاره کرد. در این پایان نامه ، ابتدا به بررسی شکل دهی پرتو توزیع شده در شبکه های رله تک کاربره می پردازیم. سپس به طراحی ضرایب شکل دهی پرتو در شبکه چند کاربره با رله چند ورودی چند خروجی(mimo ) می پردازیم. سیستم های mimo به خاطر توانایی شان در پشتیبانی سرعت بالای دیتا و بهبود شبکه های بی سیم، مورد مطالعه بسیاری بوده است. در کار ما فرض شده است که رله ها آمارگان مرتبه دوم کانال های منبع-رله و رله-مقصد را در اختیار دارند و از پروتکل تقویت و ارسال دوگامی استفاده شده است. گام اول شامل ارسال سیگنال از منبع به رلهmimo- وگام دوم شامل ارسال یک نسخه تقویت شده وتنظیم فاز شده از سیگنال دریافتی، به سمت مقصد است. هدف این پایان نامه بدست آوردن ضرایب شکل دهی پرتو در رله mimo است بگونه ای که علاوه بر مینیمم کردن توان ارسالی رله ، سیگنال به نویز و تداخل (sinr) در تمام گره های مقصد، بالاتر از یک سطح آستانه باقی بماند. نشان می دهیم که یک چنین مسئله بهینه سازی یک مسئله غیرمحدب است و از نمونه مسئله هایی است که هم تابع هدف و هم قیود درجه دوم اند (qcqp). در روش ارائه شده در این پایان نامه ابتدا با استفاده از تکنیک ساده سازی مسئله را به یک مسئله sdp تبدیل می کنیم و با استفاده از تکنیک تصادفی به طور موثر به جواب می رسیم. شکل دهی پرتو به خاطر کاهش پیچیدگی های سخت افزاری کاربرها و صرفه جویی در توان محاسباتی، تنها در گره mimo رله در نظر گرفته شده است. در نهایت با معرفی سیستم cdma به عنوان یک تکنیک دسترسی چندگانه کانال، که با تخصیص یک کد یکتا به هر کاربر امکان دسترسی چندگانه کانال را در یک فرکانس و یک زمان ایجاد می کند، مدل سیستم را به رله mimo-cdma تعمیم می دهیم و نشان می دهیم که توان مصرفی شبکه به حد قابل ملاحظه ای کاهش می یابد.

شبکه رادیوی شناختگر (cr) به دلیل ارائه روشی در جهت استفاده بهینه از طیف فرکانسی، توجه فراوانی را به خود جلب کرده است. در روش underlay، ارتباط بین کاربران ثانویه در حضور کاربران اولیه، هم زمان و بر روی یک طیف فرکانسی یکسان و همچنین با تضمین اینکه تداخل حاصل از یک سطح آستانه بیشتر نباشد، امکان پذیر می باشد. در این پایان نامه با آگاهی از اینکه تعداد کاربران تخصیص یافته در روش overlay بیشتر می باشد، روش underlay به دلیل مزایای آن در سهولت پیاده سازی استفاده شده است. همچنین قدرت بالای مخابرات مشارکتی در حل مشکل توان کم ارسالی و محدوده پوشش کم مدل underlay به دلیل شرط دمای تداخل منجر به معرفی شبکه-های شناختگر مبتنی بر رله شده است. اخیراً روش شکل دهی پرتو با بهینه کردن توان ارسالی گره-های میانی برای کم کردن تداخل پیشنهاد شده است. در این بین برای افزایش بازدهی طیفی و همچنین از نظر پیاده سازی، شبکه دوطرفه برای استفاده در شبکه رادیوی شناختگر مبتنی بر رله پیشنهاد می شود. در این پایان نامه استفاده از شکل دهی پرتو در شبکه دوطرفه شناختگر مبتنی بر رله را برای بهبود عملکرد شبکه پیشنهاد می کنیم. ابتدا تداخل حاصل بر روی گیرنده کاربر اولیه با قید تضمین کیفیت سیگنال به نویز در گیرنده فرستنده-گیرنده ها را در شبکه دوطرفه شناختگر مبتنی بر رله با اطلاع کامل از تمامی ضرایب کانال حل می کنیم. سپس به دلیل مجزا بودن شبکه ثانویه از شبکه اولیه و در اختیار نبودن ضرایب لحظه ای لینک کانال تداخل، اطلاعات آماری مرتبه دوم آن لینک فرض شده و مسئله مجدداً حل می شود. همچنین شکل دهنده پرتو برای بیشینه کردن کیفیت سیگنال به نویز در گیرنده فرستنده-گیرنده ها با قید برآورده کردن دمای تداخل گیرنده کاربر اولیه در دو حالت در اختیار داشتن اطلاعات کامل ضرایب کانال و آمارگان مرتبه دوم لینک تداخل حل شده است. این مسائل در حالت کلی غیر محدب می باشند. با استفاده از روش sdr، تبدیل به مسائل محدب می شوند که می توان آن ها را با نرم افزارهای مشهوری همچون cvx حل کرد. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که عدم اطلاع از ضرایب لحظه ای کانال ها می تواند بر روی عملکرد سیستم تأثیرگذار باشد.

در این رساله به بررسی سه چالش عملیاتی موجود در طراحی سیستم های مشارکتی اقتضایی بی سیم می پردازیم. در بخش اول تاثیر عدم دسترسی گره های شبکه به اطلاعات حالت کانال بر نرخ های ظرفیت یک سیستم مشارکتی را مطالعه می کنیم و معیار جدیدی تحت عنوان جریمه نرخ اطلاعات را برای سیستم های مشارکتی مبتنی بر روش تقویت و ارسال استخراج می کنیم. این معیار در واقع شکاف اطلاعاتی موجود در سیستم را برای دو حالت مختلف از لحاظ سطح دسترسی پایانه های سیستم به اطلاعات حالت کانال و بر اساس پارامترهای سیستم از قبیل میزان انتقال داپلر موجود در سیستم، سرعت نسبی پایانه ها، طول بسته های ارسالی و نیز سیگنال به نویز دریافتی نتیجه می دهد. سیستم مشارکتی و ارسال مستقیم را از دید این معیار با یکدیگر مقایسه می کنیم. جریمه اطلاعات در سیستم مشارکتی در بهترین شرایط، یعنی زمانی که رله نزدیک به منبع باشد با جریمه سیستم ارسال مستقیم برابر است و زمانی که رله به مقصد نزدیک می شود این جریمه تا ‎1.5‎ برابر افزایش می یابد. این نتایج و مشاهدات باید در طراحی سیستم های مشارکتی مورد توجه قرار بگیرد‎. در ادامه تأثیر تحرک گره های شبکه بر روی بازدهی طرح های مشارکتی و مدیریت منابع در این شبکه ها را مورد بررسی قرار می دهیم. برای این منظور یک کانال دوپرشی عملیاتی متشکل از کانال های متغیر با زمان که از ارسال سمبل های راهنما برای تخمین کانال استفاده می کند را در نظر می گیریم. با هدف بهبود و افزایش نرخ اطلاعات سیستم، روش تخصیص توانی را پیشنهاد می کنیم که نحوه تخصیص توان بین منبع و رله و نیز بین دو فاز ارسال سمبل داده و سمبل راهنما را در این سیستم مشارکتی متشکل از کانال های همبسته مدیریت می کند. ‎ در بخش دوم کارآیی ارسال های مشارکتی را در شبکه های اقتضایی تصادفی بررسی می کنیم که در آن موقعیت گره های شبکه تصادفی می باشند. براساس یک احتمال مشخص هر گره منبع می تواند سیگنال داده خود را ارسال کند یا اینکه به عنوان رله برای سایر گره های منبع استفاده شود. به این ترتیب دو ویرایش از سیگنال داده در اختیار گره مقصد قرار می گیرد: نسخه اول سیگنالی است که از مسیر مستقیم دریافت می شود و نسخه دیگر که از طریق رله در اختیار این گره قرار می گیرد. با درنظر گرفتن تداخل ناشی از ارسال های همزمان و نیز موقعیت تصادفی گر ه های شبکه، عبارت های تحلیلی برای احتمال قطع گیرنده های مختلف در گره مقصد را استخراج می کنیم. به طور خاص احتمال قطع گیرنده ‎oc‎، mrc‎ و sc‎ را به دست می آوریم و نتایج را با ارسال مستقیم مقایسه می کنیم.

با ظهور مخابرات مشارکتی و مشخص شدن مزیت ها و قابلیت های فراوان آن، حجم زیادی از پژوهش ها صرف بررسی ساختارهای مختلف برای چنین شبکه هایی شده است. در این میان، شبکه رله دو-پرشی به عنوان عنصر سازنده شبکه های پیچیده تر، سهم عمده ای از این مطالعات را به خود اختصاص داده است. در این پایان نامه، یک شبکه رله دو-پرشی با طرح مشارکتی تقویت و ارسال و روش انتخاب رله فرصت طلبانه تحت محوشوندگی ناکاگامی‎-$m$،‎ مورد بررسی قرار گرفته است. از میان معیارهای مختلف ارزیابی عملکرد شبکه، به محاسبه احتمال قطع به عنوان یکی از مهم ترین معیارها در بررسی کارآیی یک سیستم پرداخته ایم. برای دو حالت شبکه متقارن با توزیع توان یکسان و شبکه غیرمتقارن با توزیع توان دلخواه، دو کران بالای جدید برای محاسبه احتمال قطع با فرض وجود مسیر مستقیم بین فرستنده و گیرنده، ارائه شده است. برای حالت شبکه غیرمتقارن، نشان داده ایم که بهره چندگانگی محاسبه شده با استفاده از کران جدید، همان بهره کاملی است که از این طرح مشارکتی انتظار می رود. همچنین برای این شبکه، بهینه سازی توان با قید مجموع ثابت توان فرستنده و رله، مورد بررسی قرار گرفته و پاسخ بهینه با استفاده از روش های عددی به دست آمده است. شبیه سازی ها نشان می دهند که کران ارائه شده برای حالت غیرمتقارن، خطای نسبی تقریب های قبلی را به میزان ‎50%‎ بهبود می بخشد. همچنین تخصیص توان بهینه به دست آمده، نسبت به تخصیص توان یکسان برای یک شبکه مشخص، موجب صرفه جویی در مصرف توان می شود.

با توجه به محدود بودن طیف فرکانسی در مخابرات بی‏سیم، اختصاص مناسب و هوشمندانه توان در طیف فرکانسی به کاررفته در شبکه های بی‏سیم امری مهم و ضروری می باشد. تعیین توان ارسالی برای دست‏یابی به اهداف کیفیت خدمات، در شبکه های بی‏سیم با استفاده از روش های کنترل هوشمندانه توان صورت می گیرد. علاوه بر مدیریت منابع توان، تعیین مسیر مناسب میان مبدا و مقصد از اهمیت زیادی در استفاده از شبکه های چند پرشی برخوردار است. انتخاب مسیر مناسب، در افزایش کارایی شبکه و مصرف بهینه ی توان موثر است. مقالات متعددی به بررسی شبکه های چندپرشی پرداخته اند، که در آن ها به محاسبه احتمال وقفه سیستم، تخصیص بهینه توان، مسیریابی و حتی بررسی توام این مسائل اشاره شده است. در هیچ کدام از این مقالات به بررسی اثر تداخل گره های شبکه بر روی هم اشاره ای نشده است. اخیرا اثر تداخل بین کانالی برای شبکه تقویت و ارسال بررسی شده است که روی هر گره تعدادی سیگنال تداخلی از شبکه دیگری وارد می شود. با توجه به خاصیت پخشی محیط بی‏سیم سیگنال های ارسالی توسط گره های یک شبکه می توانند توسط سایر گره ها قابل دریافت باشند، از این‏رو در این پروژه به بررسی شبکه های رله چند پرشی با در نظرگرفتن اثر تداخل بین گره های شبکه می پردازیم. تمامی لینک های وارد شده به یک گره به جز لینک ماقبل آن را به عنوان لینک تداخل محسوب می کنیم. از آنجایی که در سیستم کدگشائئ و ارسال هر گره بعد از دریافت پیام آن‏را کدگشایی کرده و به گره بعدی ارسال می‏کند، پیام‏های دریافت شده توسط گره‏های بعدی همان پیام‏های کدگشائی شده گره های ما‏قبل می باشند، در نتیجه می توان اثر سیگنال‏های تداخلی ناشی از گره‏های بعدی را معلوم فرض کرد و اثر آن ها را نادیده گرفت و تنها اثر تداخل گره های قبلی را محسوب کرد. در نتیجه فرم بسته احتمال قطع را برای سیستم با تداخل برای کانال رایلی و ناکاگامی محاسبه می‏کنیم. با حل مسئله بهینه سازی و تخصیص توان بهینه به گره ها عملکرد سیستم نسبت به حالت تخصیص برابر توان بهتر می شود، همچنین احتمال قطع سیستم تداخلی را با سیستم بدون تداخل مقایسه می‏کنیم. با توجه به تخصیص توان بهینه معیاری برای مسیریابی محاسبه می‏کنیم. با تخصیص بهینه توان احتمال قطع سیستم 7درصد بهبود یافته است. مسئله تخصیص توان و مسیریابی با محوشدگی سریع را برای کانال ناکاگامی بررسی می‏کنیم و متریک مسیریابی را محاسبه می‏کنیم. همچنین فرم بسته‏ای برای ظرفیت ارگادیک سیستم به‏دست می‏آوریم.

شبکه رادیوشناختی به‏دلیل ارائه روشی در جهت استفاده بهینه از طیف فرکانسی، توجه فراوانی را به خود جلب کرده است. در روش زیرنهی برای اشتراک طیف، ارتباط بین کاربران ثانویه در حضور کاربران اولیه و بر روی یک طیف فرکانسی یکسان امکان‏پذیر می‏باشد، با این شرط که تداخل حاصل روی کاربر اولیه محدود باشد. در این پایان‏نامه از این روش در شبکه رادیوشناختی برای اشتراک طیف استفاده شده است. فعالیت هم‏زمان کاربران اولیه و ثانویه در یک باند فرکانسی موجب می‏شود که کاربران دو شبکه بر هم تاثیر بگذارند و از هم تاثیر بپذیرند. در حالی که، در اکثر کارهای انجام شده اثر تداخل کاربران اولیه روی کاربران ثانویه در نظر گرفته نشده است. هم‏چنین، کارهای انجام شده روی شبکه رادیوشناختی دوپرشی می باشند، اخیرا نیز دو کار در زمینه رادیوشناختی چندپرشی انجام شده که در آن پروتکل استفاده شده در رله‏ها، کدگشایی و ارسال (df) می‏باشد. ما در این پایان‏نامه، شبکه رادیوشناختی مشارکتی را مورد بررسی قرار می‏دهیم که در آن شبکه ثانویه چندپرشی می‏باشد و اثر تداخل کاربر اولیه را نیز روی کاربران ثانویه لحاظ خواهیم کرد. که قبل از این کمتر به این موضوع توجه شده است و اکثر کارهای انجام شده در این زمینه این اثر تداخلی را روی شبکه ثانویه در نظر نگرفته‏اند. تحلیل‏های انجام شده، برای هر دو پروتکل df و تقویت و ارسال (af) می‏باشد؛ معیار ما برای سنجش عملکرد سیستم ثانویه، احتمال قطع می‏باشد. عملکرد شبکه رادیوشناختی چندپرشی برای af قبل از این انجام نشده است و تحلیل‏هایی که تا کنون برای df انجام شده است بدون در نظر گرفتن اثر تداخل کاربر اولیه روی کاربران ثانویه می‏باشد. علاوه براین، فرض شده است که کاربران ثانویه اطلاعات لحظه‏ای حالت کانال بین خودشان و گیرنده اولیه را داشته باشند، که چون دو شبکه اولیه و ثانویه با هم هماهنگ نیستند فرض چندان مناسبی به‏نظر نمی‏رسد. در حالی که، ما در تحلیل‏هایی که برای df انجام داده‏ایم اثر تداخل کاربر اولیه را در نظر گرفته‏ایم و فرض کرده‏ایم که کاربران ثانویه فقط اطلاعات آماری مرتبه دوم کانال بین خودشان و گیرنده اولیه را داشته باشند. فرم دقیق احتمال قطع ثانویه برای پروتکل df و کران پایین احتمال قطع ثانویه برای پروتکل af، با وجود قید محدودیت تداخل روی گیرنده اولیه، محاسبه خواهد شد. مرتبه دایورسیتی نیز برای هر دو حالت استفاده ازپروتکل df و af در رله‏ها محاسبه خواهد شد که همواره یک می‏باشد و با تغییر تعداد پرش ها ثابت می‏ماند. در نهایت، بهینه‏سازی توان ارسالی برای کاربران ثانویه را ارائه خواهیم کرد.

در این رساله به بررسی و ارائه راه حل چند چالش عملیاتی موجود در طراحی سیستم های مشارکتی بی سیم چند کاربره می پردازیم. شبکه های رله مشارکتی برای افزایش ظرفیت، پوشش و کاهش تداخل در شبکه های بی سیم ارائه شده اند و تاکنون کارهای زیادی در این زمینه انجام شده است. اما هنوز در زمینه mimo و شبکه های دو طرفه و شبکه های همتا به همتا مسائلی باز وجود دارد. در دو فصل اول پایان نامه سیستم های رله df و در سه فصل بعدی رله af را بررسی نموده ایم. در بخش اول که مشتمل بر فصول اول و دوم می باشد، به بررسی شبکه مشارکتی دو پرشی چند کاربره با حضور رله های باززا می پردازیم که در آن به منظور سنجش عملکرد شبکه، معیار های تعیین عملکرد از قبیل احتمال قطع، احتمال خطای سمبل و متوسط ظرفیت کانال به فرم بسته در سناریو های عملی مختلف از قبیل تخمین ناقص کانال، وجود یا عدم وجود مسیر مستقیم بین فرستنده و گیرنده و همچنین در حضور کانال های فیدینگ مختلف مورد بررسی قرار می گیرند. در این بخش مرتبه چند گانگی و بهره کدینگ سیستم جهت رسیدن به دید بهتر از مدل سیستم مشارکتی مورد توجه قرار می گیرند. علاوه بر این، مسئله بهینه سازی به منظور تخصیص مناسب توان در شبکه بی سیم ارائه و حل می شود که منجر به کاهش احتمال قطع و احتمال خطای سیستم می شود. در بخش دوم که فصل سوم را شامل می شود، یک سیستم رله مشارکتی دو پرشی چند کاربره به مانند بخش اول در نظر گرفته می شود که در آن به منظور استفاده از جنبه های مثبت مخابرات mimo، گره های موجود در شبکه از کدهای فضا زمان بلوکی بهره می برند. در اینجا دو سناریوی انتخاب رله یکی بر مبنای سنجش snr انتها به انتها و دیگری براساس انتخاب بر مبنای snr یکی از پرش ها ارائه می شود و برای هر سناریو به طور جداگانه احتمال قطع، احتمال خطای سمبل و ظرفیت کانال سیستم به فرم بسته بدست می آید. همچنین با مقایسه بهره های چند گانگی دو سناریو مشخص می شود که سناریوی اول دارای مرتبه چند گانگی بیشتر و سناریوی دوم دارای بهره کدینگ بیشتر می باشند. در بخش سوم که فصل چهارم را شامل می شود، سیستم رله دو طرفه به منظور افزایش راندمان طیفی سیستم نسبت به مدل سیستم بخش های قبل در حضور یک رله شفاف بررسی می شود که در آن گره های دیگری تداخل با گره های اصلی دارند که این مسئله در کلی ترین فرم ممکن خود می باشد که تاکنون بررسی شده است. در ادامه با روابط ریاضی، فرم بسته احتمال قطع و احتمال خطای سمبل هر دو گره مبدأ و همچنین کل سیستم وقتی کانال ها از توزیع ناکاگامی پیروی می کنند استخراج می شود. همچنین مرتبه چند گانگی این سیستم به صورت تحلیلی حساب می شود. سه مسئله بهینه سازی عملی به نام های تعیین مکان بهینه رله، تخصیص توان بهینه گره ها و مسئله تعیین مکان و تخصیص توان به طور مشترک ارائه می شوند که در آنها احتمال قطع در یکی از گره های مبدأ و همین طور احتمال قطع انتها به انتها به عنوان تابع هدف در نظر گرفته شده و مکان و توان بهینه بدست می آید. در ادامه دو سناریوی فرض تخصیص توان برابر و نا برابر برای گره های تداخل گر بررسی می شود و نشان داده می شود که سناریوی برابر در snr های پائین و سناریوی نا برابر در snr های بالا از دیگری عملکرد بهتری دارند. در پایان در بخش چهارم که شامل فصل پنجم می شود چندین گره فرستنده و چندین گره گیرنده همراه با چندین گره رله در نظر گرفته می شود. مسئله کمینه سازی مجموع توان رله ها با تضمین sinr مورد نیاز کاربران ارائه می شود. چون جواب این مسئله بدلیل تخمین ناقص کانال در شرایط واقعی و همچنین خطای کوانتیزاسیون اطلاعات ناپایدار است، مسئله بهینه سازی مقاوم تعریف می شود که در آن دو روش حل مسائل مقاوم یکی روش آماری و دیگری روش بدترین حالت بررسی و به کمک ریاضیات sdp و socp جواب های نزدیک به بهینه بدست می آید. نتایج نشان می دهد که با صرف مقدار بیشتری توان نسبت به حالت نامقاوم، مسئله در اکثر اوقات جواب قابل قبول دارد.

تقاضای پیوسته برای دست یابی به اطلاعات در هر زمان و مکانی موجب شده است تا محققان به شبکه های نسل آینده (ngn) روی آورند که ساختار این شبکه ها به گونه ای خواهد بود که در آن تکنولوژی های مختلف می توانند در کنار یکدیگر حضور داشته باشند. شبکه های اقتضایی (ahn) که یک جزء حیاتی از ngn ها هستند هنوز با مشکلاتی چون گذر دهی، مصرف انرژی، تأخیر و شرایط کانالی متغیر مواجه هستند. با در نظر گرفتن فشارها برای رفتن به سمت تکنولوژی سبز و تعهد کمپانی ها برای کاهش تشعشع انرژی، ngn ها باید دوست دار محیط زیست باشند و این بر اهمیت کاهش مصرف انرژی تأکید می کند. مخابرات مشارکتی به عنوان یک راه حل موثر ارائه شده است که از طبیعت انتشار امواج در شبکه های بی سیم استفاده کرده و گذردهی را افزایش می دهد، مصرف انرژی را کاهش داده، و عمر شبکه و استقامت شبکه را افزایش می دهد. هدف این پایان نامه کار در زمینه ahn مشارکتی بوده است. تمرکز این تحقیق بر روی لایه mac بر پایه رله، یعنی طراحی پروتکل mac مشارکتی، بررسی کارایی و بهبود پروتکل بوده است. نتیجه این تحقیق پیشنهاد یک پروتکل مشارکتی بهبود یافته با نرخ خودکار بر پایه رله (ecrbar) است، که از گره ها با نرخ داده بالاتر به عنوان رله برای گره های با نرخ داده پایین تر استفاده می کند. پروتکل ecrbar در حالت اشباع، گذردهی بیشتر، تأخیر کمتری را در مقایسه با عملکرد هماهنگ توزیع شده (dcf) پروتکل 11/802 با نرخ خودکار (rbar) و ‍crbar در شرایط کانال awgn فراهم می آورد. بازدهی ecrbar در شرایط کانال محوسازی ارزیابی شده است و اثبات شده است که بهره استفاده از ecrbar، تحت شرایط مناسب برای کیفیت کانال و فاصله گره ها، می تواند همچنان حفظ شود.

در این پایان نامه، یک کانال mimo برداری گوسی در دو حالت محوشوندگی غیر فرکانس گزین و فرکانس گزین بررسی می شود. مسأله بهینه سازی در کانال برداری با محوشوندگی فرکانس گزین، با استفاده از خواص حساب دیفرانسیل ماتریس های چندجمله ای مورد تحلیل قرار گرفته و سپس با استفاده از قضیه دوگانی بین کانال دسترسی چندگانه و کانال پخش، روابط نرخ کانال های دسترسی چندگانه و کانال پخش مورد بررسی قرار می گیرد. ارائه یک ایده جدید در روند حل مسائل بهینه سازی مربوط به کانال های mimo و همچنین بدست آوردن ماتریس های کوواریانس کانال پخش از روی ماتریس های کوواریانس کانال دسترسی چندگانه و بررسی رابطه بین نرخ دو کانال، برای حالت محوشوندگی فرکانس گزین، به عنوان نوآوری و برای اولین بار در این پایان نامه مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین، عملکرد یک سیستم mimo ofdm و عملکرد یک سیستم mimo پخش که در آن از ماتریس های چند جمله ای استفاده می شود، مقایسه خواهد شد. پس از مقایسه دو سیستم، مشخص شد که به ازای ظرفیت های برابر، تفاوت توان ها بین بوده و این یعنی، توانستیم سیستم mimo پخش را نسبت به سیستم mimo ofdm بهینه قرار دهیم.

چکیده مخابرات مشارکتی با ایجاد دایورسیتی فضایی که همان ارسال یک سیگنال مشخص توسط پایانه های توزیع شده در فضا است، می تواند بهبود چشمگیری در عملکرد سیستم های بی سیم ایجاد نماید. هدف این پایان نامه بررسی تاثیر مشارکت و به صورت خاص انتخاب رله فرصت طلبانه بر عملکرد یک شبکه بی سیم با رله های توزیع شده تصادفی می باشد. در این پایان نامه عملکرد رله کردن دوپرشه در یک شبکه رله کدگشایی و ارسال مورد بررسی قرار گرفته و گره های رله میانی مطابق با فرآیند نقطه ای پوآسون همگن با تراکم ثابت توزیع شده است. با در نظرگرفتن یک ناحیه انتخاب رله قطاع بندی، بهترین رله از میان گره‎ های رله ای که در آن قرار گرفته، انتخاب شده است. ارائه این ایده باعث شد حدود 5 بهره در عملکرد قطع سیستم نسبت به حالتی که فقط یک رله در قطاع قرار گرفته و آن رله ارسال مجدد را داشته باشد، بهبود حاصل آید. به طور خاص، رابطه احتمال قطع سیستم به فرم بسته با گیرنده ترکیب بیشترین نسبت در مقصد بر اساس تئوری فرآیند نقطه ای نتیجه گرفته شده است. همانطور که انتظار داشتیم نتایج نشان می دهند که در شبکه های تصادفی فضایی با سیستم مشارکتی ارائه شده ترکیب گیرنده بیشترین نسبت حدود 2 تا 3 بهره بیشتر در عملکرد قطع نسبت به گیرنده ترکیب انتخابی داشته است. همچنین نتایج ارائه شده در پایان نامه با شبیه سازی های مونت کارلو تایید شده است. کلید واژه: احتمال قطع، فرآیند پوآسون، پروتکل کدگشایی و ارسال، ترکیب بیشترین نسبت، رله کردن فرصت طلبانه.

در این پایان نامه روش هایی برای محاسبه ی ظرفیت نرخ مجموع در کانال فیدینگ فرکانس گزین سیستم دسترسی چندگانه mimo ارائه شده است. در واقع کانال، نویز و ماتریس کواریانس هر کاربر به صورت ماتریس های شبه چندجمله ای مثبت در نظر گرفته شده اند .برای سیستم تک کاربره مسئله ی تخصیص توان در حالت زیر بهینه با ارائه ی یک فرم بسته حل شده است و برای سیستم چندکاربره در حالت بهینه به فرم مخروطی محدب استاندارد تبدیل شده است که با استفاده از روش های بهینه سازی عددی و بسته های نرم افزاری موجود قابل حل است. حل این مسائل مستلزم استفاده از خصوصیات ماتریس های شبه چندجمله ای و بیان این گونه ماتریس ها به صورت فرم مثبت معین است. در ادامه نیز مسئله در هر دو حالت تک کاربره و چندکاربره با سیستم ofdm مقایسه شده است و پیچیدگی روش ارائه شده با روش ofdm مقایسه شده است و شکل دهنده ی پرتو بهینه به منظور مقابله با فیدینگ فرکانس گزین طراحی شده است.

با توجه به عنوان کلی این پایان نامه، بایستی به شرح و توضیح شبکه‎های ‎خودرویی و شیوه پیاده‎سازی آن‎ها بپردازیم. یک مدل ریاضی جهت اندازه‎گیری احتمال قطعی پیشنهاد می‎گردد و پارامترهایی از قبیل میانگین فضای درون دسته، میانگین فضای پنهان دسته، میانگین فضای طول دسته و احتمال قطعی محاسبه می‎شود. در ادامه دست به یک تقسیم بندی کلی درباره انواع پروتکل‎های مسیریابی خواهیم زد و به تحلیل جزء به جزء انواع پروتکل‎های مسیریابی در شبکه‎های خودرویی می‎پردازیم. پروتکل‎هایی که که بر اساس نوع انتشار به سه گروه قابل تقسیم‎بندی هستند. پروتکل‎های موجود شبکه‎های بی‎سیم در حالت کلی مناسب شبکه‎های خودرویی نیستند اما می‎توان با تغییراتی در پروتکل‎ aomdv این پروتکل را مناسب شبکه‎های خودرویی کرد. پارامترهای سرعت و راستا در پروتکل sd-aomdv پارامترهای جدیدی هستند که به پروتکل aomdv افزوده می‎گردند و این پروتکل را مناسب شبکه‎های خودرویی می‎کنند. عملکرد این پروتکل نیز در شبکه‎های تُنُک و چگال با یکدیگر مقایسه می‎گردد.