مشارکت بین ترمینال های مختلف در کانال بی سیم با ایجاد چندگانگی فضایی، سبب بهبود عملکرد مخابرات در کانال بی سیم می گردد. بنابراین می توان از ایده های مشارکتی در سیستم های رادیوی شناختی بهره جست. تاکنون مطالعات کمی در زمینه تخصیص منابع در سیستم های رادیوی شناختی مشارکتی صورت گرفته است. بدین جهت در این پایان نامه، ما از مشارکت بین کاربران ثانویه و کاربران اولیه برای افزایش نرخ کاربران اولیه در کنار افزایش بهره ی طیفی کاربران ثانویه استفاده می کنیم و مساله تخصیص منابع را در چنین سیستمی مطرح می کنیم. سه سناریوی مشارکتی تعریف می کنیم و به مساله تخصیص توان و فرکانس در این سناریو ها می پردازیم. در سناریو اول و دوم، از روش روی هم گذاری سیگنال ها برای اشتراک گذاری طیفی استفاده می شود و در سناریو سوم از ارسال زمینه ای سیگنال ها برای اشتراک گذاری طیفی استفاده می شود. در سناریو اول هدف، حداکثر کردن مجموع نرخ کاربران اولیه با رعایت قید حداکثر توان و زیر حامل است. پس از تعریف مساله بهینه سازی متناظر، به ارائه الگوریتم های حل آن پرداخته، سپس به کمک شبیه سازی اثر مشارکت کاربران ثانویه را در افزایش مجموع نرخ کاربران اولیه و بهره ی طیفی کاربران ثانویه در مقایسه با حالت غیر مشارکتی بررسی خواهیم کرد. نتایج شبیه سازی با فرض snr برابر db 15 برای رله، نشان دهنده افزایش 923/93% نرخ کاربران اولیه با بهره ی طیفی 16% برای کاربران ثانویه نسبت به حالت غیر مشارکتی و بدون بهره ی طیفی برای کاربران ثانویه است. در سناریوی دوم هدف، حداقل کردن توان ارسالی کاربران اولیه و محدویت در نظر گرفته شده، دستیابی به نرخ از پیش تعیین شده و اختصاص تعدادی زیر حامل برای کاربر ثانویه است. پس از تعریف مساله بهینه سازی، با استفاده از الگوریتم ژنتیک به حل آن می پردازیم. نتایج شبیه سازی نشان دهنده کاهش 40% توان کاربران اولیه در حالت مشارکتی نسبت به حالت غیر مشارکتی است. در سناریوی سوم هدف، حداکثر کردن مجموع نرخ کاربران ثانویه با رعایت محدودیت حداکثر تداخل مجاز در باندهای کاربران اولیه می باشد. برای مدل سازی دمای تداخل از دو مدل عمومی و ایده آل استفاده کرده ایم. پس از تعریف مساله، با استفاده روش لاگرانژ دوگان به حل مساله می پردازیم. نتایج شبیه سازی نشان دهنده افزایش 38% نرخ حاصل شده برای کاربران ثانویه نسبت به سناریوی غیر مشارکتی است.

در این رساله مسئله ظرفیت و تخصیص منابع در سیستم رله چند پرشی در کانال گوسی مورد بررسی قرار خواهد گرفت. در این کانال که سیگنال منبع و سیگنال تمامی رلهها به یکدیگر و به گره مقصد می رسند، در حالت کلی دو کران پایین و بالای ظرفیت وجود دارد که مقدار عددی آن برای تعداد پرش بیش از دو، در کانال گوسی تاکنون به دست نیامده بود. در این رساله برای سیستم تک آنتنی و چند آنتنی، کران بالا و پایین ظرفیت در قالب مسئله تخصیص توان و ماتریس های همبستگی رلهها ارائه میگردد که جواب آنها کران بالا و پایین ظرفیت می باشد. نوآوری اصلی در طرح مسئله تخصیص منابع و فرمول بندی مسئله به گونهای است که این مسائل محدب و قابل حل با روش های عددی موثر و همگرا به جواب بهینه مطلق باشند. همچنین در یک سناریوی چیدمان رلههای چند آنتنی، مثالهایی می آوریم که این دو کران براساس سناریوهای چند پرشی (بیش از دو پرش) برای اولین بار به صورت عددی با هم مقایسه می شوند. کران پایین ظرفیت به علت قابل حصول بودن توسط کدگذاری مارکف و کدبردار موثر پنجره لغزان، در این رساله بیشتر تحلیل میشود و بر مبنای آن دو مفهوم شنود محدود و همکاری محدود برای کاستن پیچیدگی حل مسئله تخصیص منابع در ازای از دست دادن ناچیز عملکرد معرفی میشوند که نو آوری دیگر این رساله می باشد. ابعاد مسئله در هر یک از روش های مطرح شده را به صورت دقیق به دست میآوریم تا میزان پیچیدگی محاسباتی هر کدام را به صورت شفاف مقایسه کنیم. نوآوری دیگر این رساله تخصیص منابع در کانال رله چند کاربره است. ابتدا با استفاده از کران پایین ظرفیت (بر مبنای کدبردار و ارسال)، یک شبکه رله چند کاربره متشکل از چندین منبع و رله را با استفاده از نظریه بازی بر مبنای مدل بازار معرفی مینمائیم. سپس مسئله تخصیص منابع به صورت توزیع شده بر مبنای نظریه بازی را به هدف تخصیص توان و ماتریس های همبستگی طراحی مینماییم. همچنین با تعریف تابع سودمندی برای گره های رله، انگیزه عملی برای مشارکت در ارسال اطلاعات گره های منبع را در آنها ایجاد مینماییم. دارائی مهم در مدل بازار، توان گره هاست و با قیمت گذاری بر روی آن، رلهها تلاش می کنند تابع سودمندی خود را بیشینه سازند. مسئله تخصیص منابع در شبکه رله کدبردار چند پرشی، که گره های رله از تمام گره های قبل از خود اطلاعات دریافت می کنند، به صورت گسسته با استفاده از نظریه بازی مورد تحلیل قرار می گیرند و الگوریتم های گسسته برای رسیدن به نقطه ثابت تعادل بازی ارائه میگردد. در واقع بر مبنای مدل خریدار-فروشنده توان، یک بازی چند پیشرو-پیرو به دست میآید که نقطه ثابت بازی و همگرائی آن را در این رساله نشان می دهیم. عمده ترین ابزار ریاضی که در تحلیل این بازی به کار خواهیم گرفت، عملگر مزدوج محدب توابع است که تحلیل این نوع بازی را بسیار ساده می نماید. استفاده از این ابزار به صورت سیستماتیک برای اولین بار در این رساله مورد استفاده قرار می گیرد که به علت تاکید بر روی خواص مفید این عملگر، میتواند در بازیهای مدل شده بر اساس خریدار-فروشنده استفاده شود. به علت ارتباط بسیار زیاد محتوای این رساله با نظریه بازی، در بخشی از رساله بازی چند پیشرو-پیرو که از مهمترین بازی های دومرحله ای است به صورت بنیادی مورد تحلیل قرار گرفته و بر اساس یک مفهوم جواب جدید به نام تعادل نش محلی، شرایط کافی وجود جواب برای بازی های چند پیشرو-پیرو به دست آورده شده است. نتایج مرتبط با اثبات تعادل نش محلی بسیار مجرد و بنیادی است و می تواند در هر نوع بازی دو مرحله ای به کار گرفته شود.