由於科技日新月異，近年來人們大量使用無線通訊網路。且建造無線網路不像有線 網路有其地形與電纜配置的限制，所以無線通訊得到廣泛的應用。無論在食、衣、住、
行、育樂皆享受到無線通訊所帶來的好處，例如無線上網、影片、語音、音樂等。使用 者越來越注重網路的覆蓋率、聲音及影像的品質。因此，一個穩定高品質的無線通訊網 路是智慧化生活不可或缺的標準配備。
無線通訊仰賴無線傳輸來達成，例如衛星通訊、行動通訊、無線區域網路等，藉著 電磁波將訊息從來源端(Source node)傳送至目的端(Destination node)。由於電磁波傳輸時 並不都是直視性的(line-of-sight)，傳輸的過程中會碰到很多障礙物體，造成反射、散射 及繞射後到達目的端，我們稱為多重路徑(multipath)。多重路徑會讓目的端收到很多個 信號，其強度、相位與到達時間都不同，此即多重路徑衰減(multipath fading)。多樣性 (diversity)即是無線通訊系統為了克服多重路徑衰減所使用的重要技術，主要概念是讓信 號通過多個獨立的通道傳輸，來提高目的端的收訊效能。典型的多樣技術有三個：時間 多樣(time diversity)、頻率多樣(frequency diversity)以及空間多樣(space diversity)。時間多 樣是將一個信號於不同時間重覆傳送的多樣技術，可以克服都卜勒效應(Doppler effect) 引起的衰減。頻率多樣是將一個信號於不同頻率下傳送並且在目的端合成或選擇的多樣 技術，可以使信號傳送時的衰減互相獨立。空間多樣，又稱作天線多樣(antenna diversity)，
是在來源端與(或)目的端裝置多根不同方向的天線的多樣技術，亦稱為多輸入輸出系統 (multiple-input multiple output, MIMO)。如果天線之間的距離夠大，則信號受到衰減的影 響就越小且越獨立。由於空間多樣是將傳送的電磁波分散在不同方向的空間，所以不需 要額外使用時間與頻率的資源來達到多樣性，是目前最常用的技術。
[1]裡提到，使用空間多樣的 MIMO 系統近年來被廣泛的研究與探討，並已證明此 系統可以有效增加多樣性與頻譜效益。但是在某些實際的通訊環境裡，MIMO 系統無法 充分達到應有的效能，例如大樓的通訊死角、隧道內及細胞邊緣(使用者離基地台最遠 處)等，使得訊號的接收嚴重不良。且由於通訊裝置大小的要求以及成本上的考量也會 限制接收的效能，例如傳輸或接收天線增加的時候，天線的間距可能要縮短，將使得天 線間之相關性增加，降低多樣性的程度。合作式通訊(cooperative communication) 是近
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年來被提出的一種傳輸方式，可以解決因上述問題而降低的多樣性。主要的概念是透過 中繼端(relay node)協助來源端至目的端之間的傳輸，如圖 1. 1 所示。
圖 1. 1 合作式通訊概念圖[2]
其中來源端至目的端又稱為直接鏈結(direct link)，來源端至中繼端再到目的端則稱為中 繼鏈結(relay link)。讓原本的信號不只透過直接鏈結，也透過中繼鏈結來幫助傳輸，改 善單一鏈結的收訊問題。而且這些中繼端在空間中是分散配置，通道間的統計特性各自 獨立，所以具有分散的空間多樣，又稱分散式空間多樣。就算各端點只有裝置單根天線，
整體仍可以等校成 MIMO 系統的效能。
另外，[3]提到有關合作式通訊的主要技術起源於 Cover 與 El Gamal 在[4]探討三端 網路(來源端、中繼端、目的端)模型的消息理論特性。他們的研究證明了在離散無記憶 且附加性白色高斯雜訊(additive white Gaussian noise, AWGN)通道中，中繼端的通道容量 大於來源端至目的端的通道容量，他們也探討了關於多個中繼端的架構。而且透過三種 不同的隨機編碼方式可以得到中繼通道容量的下限值，分別為：
1. 簡易方法：中繼端不主動幫助來源端，是透過盡量減少干擾來源端來提高目的 端的品質與可靠度。
2. 協同方法：中繼端接收到信號後先解回來源端的訊息，然後重新送至目的端。
3. 觀察方法：中繼端對來源端的信號的量化形式編碼後再傳至目的端。
根據這三種方法，合作式通訊有三種訊號處理方式。分別是：
1. 放大傳遞(amplify-and-forward)：放大傳遞是將中繼端收到的來源端發送信號直 接放大後傳到目的端，目的端再將收到的兩條鏈結訊號合併處理，所以放大傳
遞是一種類比信號的處理方式。但是在放大信號的同時也會將雜訊放大，會導 致雜訊傳播的問題。
2. 解碼傳遞(decode-and-forward)：解碼傳遞是將中繼端收到的來源端發送信號進行 解碼，若能正確無誤解出來源端的信息後再傳到目的端，是一種數位信號處理 的方式。但如果來源端至中繼端之間的通道狀況不好時，會造成解碼錯誤導致 錯誤傳播(error propagation)。
3. 壓縮傳遞(compress-and-forward)：壓縮傳遞是介於放大傳遞與解碼傳遞之間的形 式，將中繼端收到的來源端發送信號利用某種壓縮技術將接收信號壓縮、保護 後送出。
而有關合作式通訊的傳輸模式，一般而言分為兩種，第一種為全雙工(full-duplex)，第二 種為半雙工(half-duplex)。當在全雙工的模式下，中繼端可以同時傳送與接收，在半雙工 的模式下，中繼端同時間只能執行傳送或接收信號。雖然在全雙工模式時對於頻譜得使 用率較好，但是在同時傳送跟接收的情形下，信號會有自我干擾的情形，因此皆以討論 半雙工的模式居多。大部分的研究都在討論解碼傳遞與放大傳遞的實現，而壓縮傳遞的 討論相對較少，例如[5]、[6]、[7]。所以我們將針對壓縮傳遞的合作式通訊進行討論，
前面提到壓縮傳遞是中繼端將收到的來源端發送信號利用某種壓縮技術將接收信號壓 縮、保護後送出。對於壓縮方面，最常使用純量量化(scalar quantization, SQ)，好處是簡 單且無記憶的特性。主要概念是找到對應於輸入的分區(partition)與重建值(reconstruct value)，來最小化輸入與重建值間的均方誤差(mean square error)。保護方面，對於量化 後的索引(index)我們會再通過額外的訊源編碼器(source encoder)與通道編碼器(channel encoder)以對抗通道雜訊的干擾。
傳統設計通訊系統時，訊源編碼與通道編碼這兩部分是各自獨立設計及運作的。訊 源編碼著重在資料壓縮，壓縮過的資料要能越小越好，視情況允許能否有失真。通道編 碼則著重在保護資料，以對抗通訊過程中信號因雜訊的干擾所造成的錯誤。這概念是源 自於沈農(Shannon)的消息理論，主要是說當我們在設計某個編碼器時，已經假設其他編 碼器的狀態是最佳化了。但如果考慮到實際的通訊環境下，訊號的延遲及系統複雜度的 限制會導致實現的困難。不過根據前人的實驗，觀察出當訊號經過訊源編碼器處理後，
其序列間會存在某種形式的分均勻機率分布或隱含著相關性，這些資訊我們稱為殘存冗 息(residual redundancy)。若能運用殘存冗息，可以在不提高通道頻寬的情形下，提供一 些事前資訊(a priori information)給通道編碼使用，提高通道解碼的正確度。若目的端將
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訊 源 解 碼 與 通 道 解 碼 合 併 在 一 起 考 慮 的 話 ， 我 們 稱 為 合 併 訊 源 通 道 解 碼 (joint source-channel decoding, JSCD)。大致可以分為三個種類：錯誤隱藏(error concealment)、
訊源控制通道解碼(source-controlled channel decoding, SCCD)以及疊代訊源通道解碼 (iterative source-channel decoding, ISCD)。錯誤隱藏部分，在[8]提到殘餘冗息可以讓訊源 解碼器隱藏通道解碼器無法消除的殘餘錯誤，也稱為軟式訊源解碼(soft-bit source decoding, SBSD)。而訊源控制通道解碼由[9]提出，嘗試將殘餘冗息整合進通道解碼過程 裡。不同於以往的通道解碼，訊源控制通道解碼的輸入部分包括了事前機率，大多來自 事先統計好的訊源分佈資訊。疊代訊源通道解碼則是結合了以上兩個的優點，比單獨使 用其中一種可以達到更好的效能。
疊代訊源通道解碼參考了渦輪碼(turbo code)[10][11]解碼的模式，渦輪碼是近代通道 解碼的重要突破，它由兩個迴旋編碼器(convolutional encoder)與一個交錯器(interleaver) 組成。目的端將兩個解碼器產生出來的額外訊息(extrinsic information)互相交換給另一個 解碼器作為事前訊息使用，在多次疊代的情況下其錯誤率得到很好的結果，遠超過其他 編碼方式，因此得到廣泛的注目與發展。在疊代訊源解碼中，是將訊源解碼器與通道解 碼器結合，利用訊源的殘餘冗息與通道解碼的錯誤更正能力，可以有效提升訊源重建的 品質。
另外在合作式通訊中，也可以應用分散式訊源編碼(distributed source coding, DSC)。
分散式訊源編碼起源於 1970 年代 Slepian 及 Wolf 針對兩相關訊源提出的無失真壓縮理 論[12]，對於兩個有相關性的訊源，可藉著資源共享的合併編碼(joint encoding)的方式降 低其理論熵(entropy)值。重要的是，即使在獨立編碼(separate encoding)的情況下，仍然 可以合併解碼的方式得到相同的理論熵值。對於分散式訊源編碼的做法，一般而言有兩 種：校驗子法(syndrome approach)與同位子法(parity approach)。校驗子法是在 2003 年由 Pradhan 和 Ramachandran 運用通道編碼理論的碼分級校驗子觀念提出的。將兩個訊源的 位元序列分成固定長度的區塊，其中一個訊源經過通道編碼處理後送出其碼組(coset)的 校驗子。另一個訊源則不進行處理，被視為目的端的邊訊息(side information)。而最重要 的是必須事先建立好用來描述兩訊源間相關性的數學模型，通常兩訊源的相關性是以虛 擬的二位元對稱通道(binary symmetric channel)來描述。而同位子法也是透過通道編碼的 方式來達成，例如一個碼率為 1/2 的系統性迴旋碼(recursive systematic convolutional code, RSCC)，它會輸出原本的輸入訊息位元以及具保護能力的同位位元(parity bits)，而同位 子法則是只送出同位位元的部分，解碼端則利用收到的同位位元以及邊訊息來解碼。同
位子法的好處是做法較為簡單而且無須更改原本的通道解碼演算法。而在合作式通訊裡 我們可以分別將來源端送至中繼端處理的資訊運用校驗子法或同位子法處理，而來源端 至目的端的訊號則視為邊訊息，之後目的端再根據收到的信號還原出原始來源端的信 息。