Relaying Protocol of Cooperative Communication

圖2.2 合作式通訊示意圖

圖2.2 指的是在一個無線網路中合作式通訊在 Phase 1 與 Phase 2 的傳 輸模式，T1與T2分別表示兩個終端（terminal），D 則表示 T1目標要傳送 資訊的端點，也就是接收端（destination），當 Phase 1 中的 T1要傳送時，

因為在無線網路的環境中，所以T2也會收到T1要傳送接收端的資訊，而 Phase 2 的 T2則是在Phase 1 收到 T1的資訊後幫助T1傳送資訊至接收端，

這也是最基本的合作式通訊模式，在這種通訊模式下，T1表示傳送端

（transmitter）而 T2則表示中繼端（relay）。

在文獻[1]中，提出了幾種在無線網路下合作式通訊的 Relaying Protocol，並且利用分析各種 Protocol 所能提供的 diversity 來計算各種 Protocol 的效能，大致上分為 Fixed Relaying、Selective Relaying 以及 Incremental Relaying。

2.2.1 Fixed Relaying

Fixed Relaying 分為兩種，一種是 Amplify-and-Forward Relaying Protocol，另一種則是 Decode-and-Forward Relaying Protocol。

Amplify-and-Forward 是合作式通訊上最基本的 Relaying Protocol，當 Phase 1 時傳送端傳送訊息至接收端，因為在無線網路的環境中，所以中繼端在 Phase 1 同時也會接收到訊號，而當 Phase 2 的時候，中繼端則只是將 Phase 1 從傳送端傳來的訊號原封不動直接放大傳送至接收端，而這種模式則可 以視為接收端在two-phase 收到重複的 Repetition Code。

Decode-and-Forward 與 Amplify-and-Forward 不同的地方在於 Phase 1 時中繼端收到傳送端傳來的訊號之後的處理方式，Decode-and-Forward 的 處理方式則是將收到的傳送端訊號解碼，解碼後的訊號處理分為兩種處理 方式，第一種是在Phase 2 將解碼完畢的訊號放大後傳送至接收端，第二 種則是將解碼後的訊號重新編碼再傳送至接收端，而Decode-and-Forward 的風險在於當中繼端將傳送端傳來的訊號解碼錯誤時，就會在Phase 2 時 將錯誤的訊號轉傳送至接收端，如此一來就有可能會因此導致接收端解碼 的時候出現錯誤，所以在Decode-and-Forward 的錯誤判斷上則有兩種，第 一種是在Phase 1 接收端將傳送端傳來的訊號解碼錯誤，第二種則是在 Phase 2 接收端將中繼端轉送過來的訊號解碼錯誤，然後不管是哪種方式產 生錯誤，Decode-and-Forward 在系統複雜度上都比 Amplify-and-Forward 還 要來的高。

2.2.2 Selective Relaying

圖2.3 Selective Relaying Protocol

Selective Relaying 其實是 Selective decode-and-forward Relaying 的簡 稱，從名稱則可以看出Selective Relaying 是建立在 Decode-and-Forward 的 基礎上，由圖2.3 則可以清楚的表示當 Phase 1 的時候，傳送端依舊因為無 線網路的關係會將傳送的訊息傳給中繼端以及接收端，然而在Phase 2 的 時候則有可能出現兩種情況，第一種情形是中繼端完整的將傳送端傳來的 訊號做完整的解碼，然後將解碼後的結果直接傳送至接收端或是重新編碼 後傳送至接收端，這也就是2.2.1 節中 Decode-and-Forward 的模式，而第 二種情形則是中繼端無法將Phase 1 傳送端傳來的訊號解碼，所以在 Phase 2 時傳送端再度傳送一次訊號給接收端，簡單的說，Selective Relaying 是 將Decode-and-Forward 做升級，去除掉 Decode-and-Forward 在中繼端可能 會出現解碼錯誤然後轉送錯誤訊號至接收端的情形。

2.2.3 Incremental Relaying

Incremental Relaying 的目標則是改進了 Fixed Relaying 以及 Selective Relaying 會浪費頻寬的缺點，不論是 Fixed Relaying 或是 Selective Relaying 接收端永遠都會在Phase 2 時收到來自傳送端或是中繼端的訊號，而其實 在現今的無線網路傳輸中，即使只有傳送端與接收端兩者之間的傳輸錯誤 率已經很低了，在這種情形下Phase 2 傳送端或中繼端還要傳送一次訊號 給接收端等於是浪費頻寬的行為，因此Incremental Relaying 則是在

Amplify-and-Forward 的傳輸模式下加入了 ARQ（automatic-repeat-request）

的機制，Phase 1 傳送端依舊傳送訊號給接收端，當然中繼端也會收到該傳 送訊號，而當接收端收到訊號解碼後發現出錯或是接收端根本收不到訊號 時，此時接收端才反應給傳送端這個情形，此時傳送端才請中繼端幫忙轉 送訊號至接收端，這種ARQ 的機制限制住了 Phase 2 的行動，在有重新傳 送或是幫忙傳送的必要時才有Phase 2 的情況發生，使用這種方式同時也 不會浪費到整體系統的頻寬。

圖2.4 各種 Relaying Protocol 的 Outage Performance[1]

圖2.4 是來自文獻[1]中作者利用各種 Relaying Protocol 的 diversity 去 分析計算出Outage Probability 而構成的模擬圖，由圖中可以看出

Decode-and-Forward 的方式所得到的效果是最差的，再來依序是

Amplify-and-Forward、Selective Relaying 以及 Incremental Relaying，而且 可以明顯的看出Decode-and-Forward 的方式比起其他三種模式差很多。