رادارهای چند ورودی- چند خروجی (mimo )، رادارهایی هستند که از چند فرستنده و چند گیرنده تشکیل شده اند و در آن ها گیرنده ها سیگنال های دریافتی را برای انجام پردازش هم زمان به یک واحد پردازشی مشترک ارسال می کنند. این رادارها با توجه به درجه ی آزادی بیش تری که نسبت به رادارهای تک ورودی- تک خروجی (siso) دارند، از قدرت تفکیک بالاتر، آشکارسازی و تخمین بهتر، انعطاف پذیری بیشتر در تشکیل بیم و... برخوردارند. سیستم های راداری mimo به دو دسته ی رادارهای mimo هم مکان و رادارهای mimo آماری تقسیم می شوند. با توجه به وجود چند گیرنده دراین سیستم های راداری، در صورتی که بتوان نرخ نمونه برداری را در این گیرنده ها کاهش داده و در نتیجه نیاز به استفاده از مبدل های آنالوگ به دیجیتال با نرخ بالا را مرتفع نمود، به کاهش قابل توجهی در هزینه دست خواهیم یافت. گاهی حتی مسئله ی هزینه نیز مطرح نیست و اصلاً دست یافتن به نرخ نمونه برداری بالا برای ما ناممکن است. کاهش در نرخ نمونه برداری با استفاده از روش حسگری فشرده محقق خواهد شد. در ضمن، استفاده از این روش در کنار کاهش هزینه، منجر به بهبود عملکرد این سیستم های راداری در آشکارسازی و تخمین و کاهش پیچیدگی گیرنده ها در مقایسه با روش هایی نظیر فیلتر منطبق می گردد. روش حسگری فشرده یک روش پردازشی است که امکان نمونه برداری از سیگنال های تنک یا تقریباً تنک را با نرخی به مراتب کوچک تر از نرخ نایکوئیست فراهم می آورد. جهت بازسازی سیگنال های تنک بلوکی در کنار روش های معمول حسگری فشرده، می توان از روش های حسگری فشرده ی بلوکی بهره برد. با استفاده از این روش ها بازسازی سیگنال های تنک بلوکی با احتمال بالاتری دقیق خواهد بود. در تمام مراجع موجود برای سادگی مدلسازی سیگنال دریافتی در سیستم های راداری mimo، این فرض صورت گرفته که اهداف، فرستنده ها و گیرنده ها همگی در یک صفحه واقع شده اند. دراین پایان نامه تعمیم مدلسازی سیگنال دریافتی در رادارهای mimo هم مکان به فضای سه بعدی آورده شده؛ تعمیمی که در نهایت تخمین زاویه ی ارتفاع را در کنار تخمین زاویه ی سمت، سرعت و فاصله ی اهداف ممکن می سازد. می توان سیستم های راداری mimo مبتنی بر حسگری فشرده را با روش هایی نظیر بهبود ماتریس اندازه گیری، بهینه سازی شکل موج های ارسالی، تعیین بهینه ی توزیع آنتن ها و حداکثرسازی نقاط شبکه بهبود داد. از آن جا که بر اساس مدلسازی های صورت گرفته می توان سیگنال دریافتی در رادارهای mimo آماری را در یک پایه به صورت تنک بلوکی نوشت، با استفاده از روش های حسگری فشرده ی بلوکی در این دسته از رادارهای mimo، می توان عملکرد آن ها را به طور قابل توجهی بهبود داد. در این پایان نامه دو پیشنهاد طراحی ماتریس اندازه گیری بهینه و تخصیص انرژی بهینه به فرستنده ها جهت بهبود رادارهای mimo آماری مبتنی بر حسگری فشرده ی بلوکی را مطرح نموده ایم. این روش ها جهت کمینه کردن معیاری به نام همدوسی بلوکی به کار گرفته شده اند و نتایج حاصل از شبیه سازی ها مبین بهبود عملکرد سیستم های راداری mimo آماری مبتنی بر حسگری فشرده ی بلوکی با به کارگیری روش های پیشنهادی است.

نسل جدید شبکه های بی سیم بایستی خدمات بسیار متنوعی از جمله ارائه اینترنت در همه جا و همه وقت با حداکثر سرعت، مکالمه های تصویری با کیفیت بالا و.... را برای کاربران خود فراهم آورند. این خدمات جدید و رو به افزایش نیاز به نرخ ارسال های بسیار بالا دارند. نیاز به نرخ ارسال های بالا از طرفی و تعداد بسیار زیاد کاربران شبکه های بی سیم از طرف دیگر باعث شده تا ارائه ی این خدمات نیاز به انرژی بسیار زیادی داشته باشد. با توجه به محدودیت منابع انرژی در سطح زمین و هم چنین قیمت بسیار بالای آن، کارشناسان شبکه های مخابرات بی سیم در سال های اخیر توجه بسیار زیادی به بهینه کردن مصرف انرژی در این شبکه ها داشته اند. از طرفی ارائه ی این خدمات در سیستم های موبایل غالباً مستلزم استفاده از باتری به عنوان منبع تامین انرژی است و برای یک سیستم مبتنی بر باتری میزان انرژی مصرفی و در تتیجه عمر باتری بسیار پر اهمیت است. مخابرات سبز به عنوان یک پروژه ی جامع در تمامی سطوح شبکه، هدف خود را مساله ی بازده انرژی در سیستم های مخابراتی قرار داده است. بازده انرژی مفهومی است که نیاز به یک تعریف دقیق وهمه جانبه دارد. در فصل های اولیه ی این پایان نامه ابتدا به تعریف دقیق بازده انرژی پرداخته خواهد شد و نحوه ی مدل کردن انرژی مدار های داخلی تجهیزات سیستم در مدل مصرف انرژی نیز بیان خواهد شد. سپس به معرفی فناوری هایی که می توانند بازده انرژی سیستم را ارتقا دهند پرداخته می شود و به اختصار در مورد آن ها بحث خواهد شد. یکی از گزینه هایی که می تواند به بهبود بازده انرژی در شبکه های مخابراتی کمک کند، مخابرات همکارانه با استفاده از رله می باشد. رله وسیله ای است که با ایجاد چندگانگی فضایی می تواند تحت شرایطی پوشش و بازده طیفی شبکه را افزایش دهد. اما هنوز معلوم نیست که با توجه به تعریف جدید بازده انرژی (لحاظ کردن انرژی مدار های داخلی ادوات) استفاده از رله منجر به بهبود بازده انرژی خواهد شد یا خیر. در این پایان نامه بازده انرژی سیستم های مبتنی بر رله مورد تحلیل قرار می گیرند. بازده انرژی استراتژی های ارسال به کمک رله ی یک مسیره و دومسیره ی af با استراتژی های ارسال به کمک رله ی یک مسیره و دومسیره ی df مقایسه می شوند. برای استراتژی ارسال به کمک رله ی دو مسیره ی df سه حالت کدگذاری متفاوت در نظر گرفته می شود و مسئله برای هر حالت به صورت جداگانه حل خواهد شد. لازم به ذکر است که همه ی نتایج و مقایسه ها با فرض کامل و در دسترس بودن وضعیت همه ی کانال ها انجام می شوند. به کمک تحلیل های ریاضی و شبیه سازی ها نشان داده می شود که در هر بازده طیفی کدام استراتژی بازده انرژی بالاتری خواهد داشت. تحلیل ها نشان می دهند که در بازده طیفی های پایین استراتژی های ارسال به کمک رله ی یک مسیره و دو مسیره ی df بازده انرژی بهتری نسبت به روش های مشابه توسط رله ی af خواهند داشت. اما این موضوع در مورد بازده طیفی های بالا صادق نیست. هم چنین نشان داده می شود که در بازده طیفی های متفاوت شبکه الزاماً همه ی استراتژی های ارسال به کمک رله باعث بهبود بازده انرژی سیستم نخواهند شد. در قسمت شبیه سازی نمودار بازده انرژی استراتژی های متفاوت برحسب بازده طیفی به دست می آید و تاثیر شرایط متفاوت کانال، انرژی های مدار متفاوت و مکان های متفاوت رله بر این نمودار مورد بررسی قرار می گیرد.

مخابرات مشارکتی با ایجاد دایورسیتی فضایی و همچنین گسترش محدوده پوشش دهی برای فواصل دورتر، مخابره کارآمد اطلاعات را از مبدأ به مقصد به کمک کاربران رله امکان پذیر می سازد. به طور کلی نودهای مخابراتی می توانند در دو حالت ارسال همزمان و غیر همزمان کار کنند. در مخابره همزمان نودها به صورت همزمان و در یک بازه فرکانسی عملیات ارسال و دریافت را انجام می دهند. بنابراین مخابره تحت تأثیر تداخل بازگشتی بین آنتن های فرستنده و گیرنده قرار می گیرد. تا کنون تکنیک های مختلفی برای حذف تداخل برگشتی در سیستم های مخابراتی نقطه به نقطه بیان شده است اما اعمال روش های مذکور نیز منجر به حذف کامل تداخل برگشتی نمی شود. علاوه بر این خطای تخمین کانال باعث افت بیشتر در عملکرد سیستم می شود. هدف از این پایان نامه بررسی و بهبود عملکرد دو ساختار کلیدی و مهم شبکه های مشارکتی شامل شبکه های مشارکتی یک طرفه و شبکه های دو طرفه در حالت ارسال همزمان و در حضور تداخل برگشتی و خطای تخمین کانال است. برای این منظور مدل تداخل برگشتی را در این سیستم ها وارد کرده، برای ساختارهای یک طرفه، تابع احتمال قطع و باند بالایی ظرفیت و برای دو طرفه، نرخ قابل حصول را بدست می آوریم سپس به کمک بهینه سازی تخصیص توان کیفیت سیستم را ارتقا می دهیم. وجود خطای تخمین کانال تحلیل عملکرد را پیچیده تر می کند و ما بدنبال تقریب های ساده کننده مناسبی برای دستیابی به روابط ساده برای تخصیص توان هستیم. این جواب ها وابسته به مقادیر لحظه ای اطلاعات کانال نیستند و بنابراین استفاده از آن ها در عمل امکان پذیر است. برای بررسی دقت تحلیل ها از شبیه سازی مونت کارلو استفاده شده است. در ادامه روش های مخابره همزمان و غیرهمزمان با تخصیص بهینه توان را مقایسه می کنیم و نشان می دهیم، سیستم همزمان در صورتیکه متوسط توان ارسالی سیستم از یک سطح آستانه کمتر باشد عملکرد بهتری نسبت به سیستم غیرهمزمان دارد. همچنین برای ساختار دو طرفه، به نظر می رسد روش کدگذاری آنالوگ شبکه همزمان برای توان های ارسالی پایین و غیرهمزمان برای توان های بالا نسبت به روش مسیریابی سنتی انتخاب مناسب تری است.

حسگری فشرده روشی برای کاهش نرخ نمونه برداری بدون از دست دادن اطلاعات اساسی سیگنال است. این روش در پردازش سیگنال و از جمله پردازش سیگنال های راداری کاربردهای زیادی پیدا کرده است، بگونه ای که با بهره گیری از آن می توان از پیچیدگی گیرنده ها کاست و توان مصرفی در گیرنده های رادارmimo و در نتیجه هزینه را تا حد زیادی کاهش داد. همچنین روش حسگری فشرده بلوکی ، روشی است که برای آشکارسازی و تخمین در رادارها در حوزه زمان برای کاهش نرخ نمونه برداری استفاده و عملکرد این روش نسبت به روش های غیر بلوکی در حسگری فشرده ثابت شده است. در این مقاله برآنیم تا از حسگری فشرده فضایی بلوکی در رادارهای mimo هم مکان بهره ببر یم. ما برای اولین بار این روش را در حوزه فضا در این دسته از رادارها مورد استفاده قرار داده و برتری این روش را در این حوزه به اثبات می-رسانیم. با بررسی روابط همدوسی و همدوسی بلوکی ستون های ماتریس حسگری و با در نظر گرفتن کران بالای این پارامترها و مدلسازی سیگنال دریافتی بصورت بلوکی، به کران بهتری برای تعداد آنتن های مورد نیاز در این نوع رادارها نسبت به روش های دیگر مورد استفاده در حوزه فضا دست می یابیم.

در سالهای اخیر موضوع مخابرات مشارکتی به دلیل روشن شدن نتایج خوب و موثر آن توجه بسیاری از محققان را به خود معطوف داشته است. در ساده ترین فرم این نوع مخابره، گروهی ازگره های مشارکت کننده ‏با نام رله، اطلاعات مربوط به یک منبع مشخص را به مقصد متناظر ارسال می کنند. این روش زمانی که مسیر مستقیم بین گره ی منبع و گره ی مقصد به دلیل شرایط بد کانال قابلیت اطمینان لازم را نداشته باشد، بسیار مفید خواهد بود؛ چرا که در این صورت مسیر ارسالی ایجاد شده از طریق ‏رله می تواند فرصت مناسبی را برای مخابره ی بهتر فراهم نماید. بنابراین مخابرات مشارکتی این قابلیت را خواهد داشت که باعث افزایش نرخ ارسالی و محدوده ی تحت پوشش شبکه و هم چنین کاهش تأخیر ارسالی و توان مصرفی گره های فرستنده شود. در این تحقیق هدف اصلی آن است که با توجه به ‏طرح های مخابراتی فرض شده با روش ترکیبی df-af و در هر دو حالت مخابره ی یک طرفه و دو طرفه، توان ارسالی گره ی منبع و گره های رله بهینه گردد.