本书是“移动通信前沿技术系列”之一，全书共分18个章节，主要对协作通信及网络知识作了介绍，具体内容包括空时分集和编码、空时频分集与空时频编码、中继信道及协议、单中继协作通信、多节点协作通信等。该书可供各大专院校作为教材使用，也可供从事相关工作的人员作为参考用书使用。

协作通信是一个崭新的研究领域，其思想在通信领域具有非常广阔的应用前景。本书系统地介绍了协作通信网络的基本原理、通信机制、关键算法、实际应用以及未来发展趋势等。本书从传统的MIMO系统入手，介绍空间、时间、频率分集的概念，引出协作通信的基本原理，并对协作通信系统从物理层到网络层依次进行探讨。

全书内容分为三部分，第一部分回顾传统的MIMO系统，介绍空间、时间、频率分集的概念。第二部分主要考虑协作通信物理层的关键问题，并对其提出了行之有效的解决方案，比如针对协作通信的分布式特点，提出分布式空时(频)码；针对协作通信的频谱效率问题，提出了新颖和有效的协作方案。第三部分介绍协作通信对物理层之上的MAC层、网络层及应用层产生的影响，内容涉及如何协作路由，如何通过协作使网络覆盖范围增大，如何延长网络寿命等。

本书可供从事下一代宽带移动通信研究的专业技术人员、管理人员，特别是从事协作通信理论研究和算法设计的人员作为专业书籍使用。也可以供学习协作通信理论的大专院校相关专业的师生阅读参考。

第一部分 背景和MIMO系统

第1章 引言/3

 1.1 无线信道/3

1.1.1 加性高斯白噪声/3

1.1.2 大尺度传播效应/4

1.1.3 小尺度传播效应/4

1.1.4 功率时延谱/5

1.1.5 均匀散射环境模型/11

1.1.6 其他信道系数模型/16

 1.2 通过信道容量描述性能/17

 1.3 正交频分复用/19

 1.4 无线信道的分集/22

1.4.1 时间分集/24

1.4.2 频率分集/25

1.4.3 MIMO系统/25

 1.5 协作分集/31

 1.6 参考的文献说明/32

第2章 空时分集和编码/33

 2.1 系统模型和性能准则/33

 2.2 空时编码/36

2.2.1 循环酉编码/36

2.2.2 正交设计的ST码/38

2.2.3 对角代数ST码/45

 2.3 本章小结和参考的文献说明/46

 习题/47

第3章 空时频分集与空时频编码/50

 3.1 空频分集和编码/50

3.1.1 MIMO-OFDM系统模型/50

3.1.2 满分集空频码的映射设计方法/54

3.1.3 满速率满分集空频码的设计/63

 3.2 空时频分集和编码/77

3.2.1 空时频编码的MIMO-OFDM系统模型/77

3.2.2 性能准则与最大可得分集/78

3.2.3 满分集空时频码设计方法/81

 3.3 本章小结和参考的文献说明/89

 习题/90

第二部分 协作通信

第4章 中继信道及协议/95

 4.1 协作通信/95

 4.2 协作协议/96

4.2.1 固定协作策略/97

4.2.2 自适应协作策略/105

 4.3 分级协作/108

4.3.1 网络模型/108

4.3.2 分级协作协议描述/109

4.3.3 协议分析/113

4.3.4 线性容量度量/115

 4.4 本章小结和参考的文献说明/116

 习题/117

第5章 单中继协作通信/119

 5.1 系统模型/119

 5.2 DF协议的误符号率分析/121

5.2.1 闭式SER分析/121

5.2.2 SER上界及渐进近似/124

5.2.3 最优功率分配/127

5.2.4 一些特殊场景/130

5.2.5 仿真举例/131

 5.3 AF协议的SER分析/132

5.3.1 利用MGF方法的SER分析/133

5.3.2 调和平均值的简单MGF表达/134

5.3.3 渐进紧的近似解/136

5.3.4 最优功率分配/139

5.3.5 仿真举例/140

 5.4 DF与AF协作增益的比较/141

 5.5 中继通信中的调制变换/145

 5.6 本章小结和参考的文献说明/148

 习题/149

第6章 多节点协作通信/151

 6.1 多节点译码转发协议/151

6.1.1 系统模型和协议描述/151

6.1.2 精确SER性能分析/153

6.1.3 SER近似/156

6.1.4 最优功率分配/162

 6.2 多节点放大转发协议/168

6.2.1 放大转发源信息/168

6.2.2 基于MRC的放大转发中继/172

6.2.3 中断分析和最优功率分配/175

 6.3 本章小结和参考的文献说明/182

 习题/182

第7章 分布式空时码和分布式空频码/185

 7.1 分布式空时码（DSTC/185

7.1.1 译码转发协议下的分布式空时码（DSTC/186

7.1.2 放大转发协议下的分布式空时码/190

7.1.3 对抗同步误差的分布式空时码/194

 7.2 分布式空频码（DSFC/201

7.2.1 译码转发协议下的分布式空频码/201

7.2.2 放大转发协议下的分布式空频码/208

7.2.3 码字设计和注释/214

 7.3 本章小结和参考的文献说明/215

 附录/216

 习题/217

第8章 中继选择：何时参与协作和与谁协作/220

 8.1 动机及中继选择协议/220

8.1.1 传统的协作场景/220

8.1.2 中继选择准则/221

8.1.3 单中继的译码转发协议/222

 8.2 性能分析/223

8.2.1 平均带宽效率分析/223

8.2.2 误符号率（SER分析及其上界/224

 8.3 多中继场景/229

8.3.1 带宽效率/230

8.3.2 SER分析及其上界/232

 8.4 最优功率分配/234

 8.5 本章小结和参考的文献说明/238

 习题/239

第9章 协作通信中的差分调制/242

 9.1 差分调制/242

 9.2 译码转发协作通信的差分调制方案（DiffDF/243

9.2.1 单中继DiffDF/243

9.2.2 多中继DiffDF/265

 9.3 放大转发协作通信的差分调制方案（DiffAF/276

9.3.1 单中继DiffAF/277

9.3.2 多中继DiffAF/284

 9.4 本章小结和参考的文献说明/295

 习题/297

第10章 协作传感器网络中的能量效率/299

 10.1 系统模型/299

 10.2 性能分析与最优功率分配/301

10.2.1 直接传输/301

10.2.2 协作传输/302

 10.3 多中继场景/304

 10.4 实验结果/306

10.4.1 数值例子/307

 10.5 本章小结和参考的文献说明/311

 习题/311

第三部分 协作网络

第11章 协作认知多址接入/315

 11.1 系统模型/316

 11.2 协作认知多址接入（CCMA协议/318

11.2.1 单帧CCMA协议/318

11.2.2 多帧CCMA协议/319

 11.3 稳定性分析/319

11.3.1 CCMA-S协议稳定性分析/320

11.3.2 CCMA-M的稳定性分析/328

11.3.3 现有的协作协议稳定性分析/332

11.3.4 数值仿真/335

 11.4 吞吐量区域/337

 11.5 时延分析/338

11.5.1 CCMA-S的时延性能/338

11.5.2 CCMA-Me的时延性能/339

11.5.3 时延性能的例子/340

 11.6 本章小结和参考的文献说明/341

 习题/342

第12章 内容感知的协作多址接入/344

 12.1 系统模型/344

12.1.1 语音源模型/344

12.1.2 网络模型/346

12.1.3 信道模型/347

 12.2 具有竞争意识的协作多址协议/347

 12.3 动态模型/348

12.3.1 状态转移概率/350

 12.4 性能分析/351

12.4.1 网络吞吐量/351

12.4.2 多址接入延迟/352

12.4.3 丢包率/354

12.4.4 主观话音质量/357

 12.5 竞争?协作访问的折中/358

 12.6 本章小结和参考的文献说明/360

 习题/361

第13章 分布式的协作路由/362

 13.1 网络模型和发射节点/363

13.1.1 网络模型/363

13.1.2 直接的和协作的传输模式/364

 13.2 链路分析/364

 13.3 基于协作的路由算法/366

13.3.1 性能分析：规则直线型网络/368

13.3.2 性能分析：规则网格网络/369

 13.4 仿真例子/371

 13.5 本章小结和参考的文献说明/375

 习题/376

第14章 联合信源?信道编码的协作/378

 14.1 联合信源?信道编码的比特速率分配/378

 14.2 采用用户协作的联合信源信道编码/379

 14.3 源?信道?协作折中问题/381

 14.4 信源编/解码/382

14.4.1 实际的信源编/解码/383

 14.5 信道编/解码器/385

 14.6 信源?信道?协作性能的分析/386

14.6.1 放大转发协作/387

14.6.2 解码转发协作/393

14.6.3 非协作情况/394

 14.7 D-SNR特性的验证/397

 14.8 信源?信道?协作折中的效果/398

 14.9 本章小结和参考的文献说明/402

 习题/403

第15章 失真指数的渐近性能/405

 15.1 信源?信道分集的系统设置/405

 15.2 多跳信道/408

15.2.1 多跳放大转发协议/409

15.2.2 多跳译码转发协议/415

 15.3 中继信道/418

15.3.1 放大转发协议/419

15.3.2 译码转发中继信道/428

 15.4 讨论/429

 15.5 本章小结和参考的文献说明/431

 习题/431

第16章 基于协作的覆盖增强技术/433

 16.1 系统模型/433

 16.2 中继分配协议与分析/435

16.2.1 直接传输/435

16.2.2 协作传输的条件中断概率/436

16.2.3 最优中继位置/437

 16.3 中继分配算法/438

16.3.1 最近邻节点分配协议/439

16.3.2 固定中继策略/440

16.3.3 下界：Genie-aided算法/442

 16.4 数值仿真结果/443

 16.5 本章小结和参考的文献说明/446

 习题/446

第17章 宽带协作通信/448

 17.1 系统模型/448

 17.2 协作协议及中继分配方案/449

 17.3 性能分析/451

17.3.1 中断概率/451

 17.4 性能下界/454

 17.5 最佳中继位置/455

 17.6 本章小结和参考的文献说明/456

 习题/457

第18章 通过协作方式的网络寿命最大化/459

 18.1 概述/459

 18.2 系统模型/460

18.2.1 非协作无线网络/460

18.2.2 协作解码转发协议/461

 18.3 通过使用协作节点使寿命最大化/463

18.3.1 问题表述/463

18.3.2 两节点无线网络的解析解/464

18.3.3 多节点无线网络/468

 18.4 配置中继以提升设备寿命/470

 18.5 仿真举例/473

 18.6 本章小结和参考的文献说明/477

 习题/477

参考文献/479