تکنولوژی رادیو شناختمند راهکاری برای افزایش کارآیی طیفی است. چالش اصلی این تکنولوژی افزایش سرویس دهی به کاربران غیر اختصاصی(su) ضمن تضمین کیفیت سرویس کاربران اختصاصی(pu) میباشد. به همین منظور در سالهای اخیر الگوریتمهای پرتوسازی و تخصیص توان با ملاکهای متفاوتی ارائه شده است. در این پایان نامه پس از بررسی کارهای مرتبط، الگوریتمهای نوینی به منظور بهینه سازی پرتوسازی فروسو و تخصیص توان در سیستم رادیو شناختمند چند ورودی چند خروجی(mimo) جهت افزایش کارایی طیفی بررسی میگردد. در الگوریتم نخست، نسبت کل تعداد بیتهای صحیح دریافتی به کل توان ارسالی در چارچوب رابطه بین نسبت سیگنال به تداخل بعلاوه نویز pu و نسبت سیگنال به تداخل بعلاوه نویز su و نیز کل توان ارسالی ایستگاه پایه بیشینه میگردد. بعبارت دیگر، با توجه به اولویت pu نسبت به su در استفاده از طیف فرکانسی، ابتدا ضریبی بین نسبت سیگنال به تداخل بعلاوه نویز pu و su در نظر گرفته میشود. پس از تضمین اولویت pu، با توجه به قید کل توان ارسالی، نسبت کل بیتهای صحیح دریافتی به کل توان ارسالی بیشینه میگردد. دومین الگوریتم مورد بررسی در چارچوب آستانه ای برای نسبت سیگنال به تداخل بعلاوه نویز pu ها و کل توان ارسالی ایستگاه پایه، کیفیت سرویس pu ها را تضمین کرده و با پرتوسازی همکارانه و تقسیم کل توان ارسالی بین pu ها و su ها، نسبت مجموع سیگنال به مجموع تداخل بعلاوه نویز su ها را بیشینه میکند. چنانچه با پرتوسازی کارا نسبت سیگنال به تداخل بعلاوه نویز pu برای هر pu به حد آستانه مورد نیاز نرسد، توانی به su ها اختصاص داده نخواهد شد و تمام توان به pu ها داده میشود. همچنین در این حالت پرتوسازی با استفاده از بهینه سازی محدب انجام خواهد شد. به منظور مقایسه کارآیی روشهای پیشنهادی با کارهای مرتبط انجام شده، کارکرد الگوریتمها شبیه سازی شده و برتری روشهای پیشنهادی نسبت به کارهای انجام شده نشان داده میشود. در گام بعدی الگوریتم پیشنهادی مبتنی بر بیشینه نسبت مجموع سیگنال به مجموع تداخل بعلاوه نویز su ها به سیستمهای شناختمند با ساختار mimo-ofdma گسترش داده میشود و بهینه سازی پرتوسازی و تخصیص توان در مسیر فروسوی شبکه رادیو شناختمند در هر یک از زیر کانالهای سیستم mimo-ofdma انجام خواهد شد. با انجام شبیه سازی، کارکرد این الگوریتم در سیستمهای شناختمند با ساختار ofdma با روشهای ارائه شده قبلی مقایسه میگردد.

کارهای انجام شده در نوبت بندی سیستم های چندآنتنی بیشتر به نوبت بندی در قلمرو زمان و فضا در ارسال فروسو محدود می شود. از سوی دیگر نوبت بندی فرکانسی- فضایی از جمله مسائلی است که کمتر در ارتباط فراسو مورد بررسی قرار گرفته است. در این پایان نامه به بررسی نوبت بندی مبتنی بر بیشینه سازی مجموع نرخ در ارسال فراسوی سیستم های چندآنتنی می-پردازیم و سه الگوریتم نوبت بندی زمان- فضایی، زمان- فرکانسی و زمان- فرکانس- فضایی برای سیستم های چندآنتنی ارائه می گردد. همچنین در این پایان نامه به بررسی اثر توزیع آنتن های گیرنده بر مجموع نرخ کاربران خواهیم پرداخت. توزیع آنتن های گیرنده امکان بهره برداری بیشتر از چندگانگی فرکانسی- فضایی را فراهم می سازد. به کمک شبیه سازی نشان خواهیم داد توزیع آنتن های گیرنده موجب افزایش قابل توجه مجموع نرخ کاربران در ارسال فراسوی سیستم های mimo-ofdma خواهد شد.

ایجاد یک ارتباط با قابلیت اطمینان بالا و نرخ قابل قبول در محیط زیر آب، یکی از مسائل چالش برانگیز در حوزه مخابرات بی‏سیم است. تاخیر زیاد، پهنای باند کم، فرکانس گزینی شدید، چند مسیرگی و تغییر پذیری شرایط محیط از جمله مهم‏ترین چالش‏هایی است که سیستم‏های مخابراتی صوتی زیر آب با آن روبرو است. سیستم چند حاملی ofdm یکی از متداول‏ترین راهکارها برای چیرگی بر بعضی از محدودیت‏های پیش‎روی کانال مخابراتی صوتی زیر آب است. از طرفی تکنیک آنتن‏های چند ورودی- چند خروجی(mimo) بدون صرف توان یا پهنای باند بیشتر، در افزایش نرخ ارسال داده و کاهش احتمال خطای آشکارسازی بسیار موثر است. بنابراین سیستم mimo-ofdm همراه با بکارگیری کدهای فضایی- زمانی یکی از راهکارهای مناسب برای بهبود کارایی مخابرات در زیر آب است. در این پایان‏نامه روش نوینی جهت آشکارسازی کدهای فضایی- زمانی بسته‏ای شبه متعامد با پیچیدگی کمتر در سیستم mimo-ofdm ارائه شده و کارایی آن مورد بررسی قرار ‏گرفته است. نظر به اینکه پاسخ ضربه کانال‏های صوتی زیر آب طولانی است، در سیستم‏های ofdm بایستی از پیشوند چرخشی (cp) با طول زیاد استفاده شود. در نتیجه بهره عرض باند بشدت کاهش خواهد یافت. از این‏رو در این تحقیق سیستم‏های چند حاملی مبتنی بر بانک فیلتر (fbmc) که در آنها نیازی به ارسال cp در بین فریم‏های داده وجود ندارد، برای استفاده در کانال‏های صوتی زیر آب طراحی و مورد استفاده قرار گرفته است. در این راستا سیستم‏های mimo-mc مبتنی بر بانک فیلتر می‏تواند نامزد مناسبی برای چیرگی بر چالش‏های کانال‏های صوتی زیر آب باشد. در این پایان‏نامه به‏منظور آشکارسازی کدهای فضایی- زمانی بسته‏ای در سیستم mimo-fbmc آفست دار، روش حقیقی سازی کانال mimo مبتنی بر تجزیه qr کانال، ارائه و مزیت‎های آن نسبت به روش‏های حقیقی‎سازی دیگر برشمرده شده است.

مکان یابی هدف از گذشته مورد توجه بسیاری از کارهای پژوهشی انجام گرفته در عرصه¬های مخابراتی می باشد. امروزه با توجه به ظهور شبکه¬های حسگر بی سیم، مکان یابی با استفاده از این شبکه¬ها دارای اهمیت به سزایی است. یکی از مهمترین روش¬های موجود، مکان یابی هدف با اندازه گیری اختلاف زمان ورود سیگنال¬ها و با بهره گیری از روش بیش ترین شباهت می باشد. از مزایای استفاده از این روش دقت بالاتر آن و بهینه بودن مجانبی آن نسبت به سایر روش¬ها است. از چالش¬های استفاده از روش بیشترین شباهت ، نیاز این روش به مقدار¬دهی اولیه مناسب و احتمال همگرا نشدن آن به پاسخ نهایی می¬باشد. از طرف دیگر استفاده از شبکه¬های حسگر بی سیم به دلیل منابع محدود انرژی، چالش دیگری در بحث مکان یابی با استفاده از این شبکه¬ها ایجاد می کند. در این پایان نامه برای غلبه بر محدودیت انرژی در شبکه¬های حسگر بی سیم، ایده خوشه¬بندی حسگر¬ها به کار رفته است. برای غلبه بر نیاز روش بهینه¬ی بیشترین شباهت به مقداردهی اولیه مناسب، در هر خوشه برای تخمین مکان هدف، الگوریتم دو گامی پیشنهاد شده که در گام اول به کمک روش درون یابی کروی تخمین اولیه نسبتا خوب و سریعی از مکان هدف بدست می¬آید؛ سپس در گام دوم، از این مقدار به عنوان مقدار اولیه برای حل مسئله تخمین با روش بیشترین شباهت، استفاده می شود. برای مشکل عدم همگرایی روش بیشترین شباهت، الگوریتم همکارانه افزایشی بین خوشه¬ها ارائه شده است که هر خوشه نتیجه تخمین خود به را به خوشه مجاور بعدی ارسال می کند و این روند بصورت افزایشی بین خوشه¬ها ادامه پیدا می کند، و در انتها با ترکیب نتایج رسیده به همراه معیاری از صحت نتیجه هر خوشه و حذف نتایج ضعیف، احتمال عدم همگرایی نتیجه نهایی به جواب مسئله به شدت کاهش پیدا کرده و دقت الگوریتم نیز افزایش می یابد. ارزیابی این الگوریتم با هدف تعیین مکان شلیک گلوله انجام گرفته و نتایج نشان می¬دهد چالش¬های اشاره شده رفع شده و عملکرد روش پیشنهادی نسبت به سایر روش¬های موجود، بهبود یافته است.

از کارآمدترین روش های غلبه بر چالش ها و مسائل پیش رو در مخابرات بی سیم، به کار گیری سیستم های چندحاملی می باشد. از مزایای این سیستم ها نسبت به سیستم های تک حاملی، می توان به بهره عرض باند بالاتر، مقاومت بیشتر در برابر فرکانس گزینی کانال های مخابراتی و ترازگر های ساده تر اشاره نمود. سیستم چندحاملی ofdm یکی از متداول ترین رویکردها جهت غلبه بر فرکانس گزینی کانال می باشد. این رویکرد به دلیل کارایی طیفی پایین نسبت به بانک فیلتر و حساسیت به انحراف های فرکانسی در کانال های با پاسخ ضربه طولانی، از جمله کانال های زیر آب، چندان مناسب نمی باشد. از این جهت، روش های مبتنی بر بانک فیلتر از جمله ofdm/oqam مطرح می گردند. در این سیستم کارایی طیفی حداکثر بوده و امکان طراحی فیلتر الگو با توجه به خصوصیات کانال وجود دارد. اما از آنجاییکه ارسال بدون تداخل در آن، تنها برای داده ی حقیقی میسر است، اعمال برخی تکنیک های mimo از جمله کدینگ زمان- فضا الموتی و نیز آشکارسازی ml موجب ایجاد تداخلی می گردد که حذف آن به سادگی ممکن نخواهد بود. در این راستا پژوهش هایی جهت ارسال داده مختلط، و در نتیجه امکان به کارگیری تکنیک های mimo همراه با کدهای فضایی-زمانی، صورت گرفته است. یکی از این رویکردها، سیستم fft-fbmc ارائه شده توسط زکریا است. که در آن از این تکنیک ها استفاده شده است. در این روش سیستم بانک فیلتر و سیستم ofdm با یکدیگر ترکیب می گردد. لذا هر گونه تکنیک انتقالی ای که بتوان به سیستم ofdm اعمال نمود، قابلیت اعمال به این رویکرد بانک فیلتر را نیز خواهد داشت. بنابراین این رویکرد ترکیبی از سیستم های fbmc و cp-ofdmاست که کارایی طیفی را نسبت به سیستم فقط cp-ofdm افزایش می دهد. از طرفی در میان روش های مختلف انتقال ofdm، راهکار نوینی به نام uw-ofdm ارائه شده است. در این روش به جای cp، یک کلمه یکتای معین به سیستم ofdm اضافه می گردد. شبیه سازی ها نشان می دهد که این رویکرد دارای منحنی خطای کمتری نسبت به رویکرد متداولcp-ofdm می باشد. در این پایان نامه ترکیب سیستم های fbmc وuw-ofdm ، موسوم به سیستم fb-uw-ofdm، پیشنهاد و طراحی می گردد. سپس این سیستم ترکیبی از دیدگاه حذف تداخل مورد بررسی و ارزیابی قرار می گیرد . لازم به ذکر است که در این روش امکان به کارگیری تکنیک های mimo نیز فراهم می شود. ارزیابی های انجام شده مبتنی بر شبیه سازی کامپیوتری نشان می دهد که سامانه پیشنهادی با وجود بهره پهنای باند تقریبا یکسان با سامانه پیشین fb-cp-ofdm دارای کارایی احتمال خطای بهتری است.

چکیده ندارد.