English

Mobile users often experience communication outage and low data rate. To efficiently and economically cope with this problem, cooperative relaying is promising. In theory, this new approach shows tremendous diversity gains with uncorrelated fading channels, full channel knowledge, perfect network connectivity, and ideal protocol operation. However, so far these idealistic assumptions are not validated and cooperation's high gains are not experimentally proven. Bridging this gap between theory and practice is targeted in this thesis. We do so in three steps. First, we analyze how realistic assumptions decrease the performance of ideal cooperation. This provides new theoretical tools to choose the beneficial relaying protocol with limited channel knowledge and limited network connectivity. Second, we develop practical resource allocation techniques to maintain cooperative gains even under realistic assumptions. Third, we implement a prototype for cooperative Wireless Local Area Networks (WLANs). Our extensive field measurements (e.g., using an actual train to move the cooperating terminals) not only demonstrate the feasibility and high performance of our solutions. Moreover, our measurements provide the missing experimental proof that, even under realistic constraints, cooperation achieves the performance order promised by theory. Even with today's technology and in real mobile scenarios, letting nodes cooperate is feasible, efficient, and ready for standardization.

Deutsch

Nutzer drahtloser Netze müssen häufig Verbindungsabbrüche und niedrige Datenraten in Kauf nehmen. Um dieses Problem effizient zu lösen, ist kooperatives Weiterleiten (sog. cooperative relaying) vielversprechend. Theoretisch verspricht dieser Ansatz hohe Diversitätsgewinne, wenn unkorrelierter Kanalschwund (sog. fading), volles Kanalwissen, perfekte Konnektivität und ideale Protokolle vorausgesetzt werden. Jedoch wurden bisher weder diese idealistischen Annahmen systematisch verifiziert, noch die hohen Gewinne experimentell belegt. Es ist das Ziel dieser Dissertation, diese Lücke zwischen Theorie und Praxis zu schließen. Dies erfolgt in drei Schritten. Zunächst wird analysiert, inwiefern praktische Annahmen die Leistung idealer Kooperationsverfahren verringern. Daraus folgen neue theoretische Werkzeuge mit denen das leistungsfähigste Kooperationsprotokoll auch unter realistischen Einschränkungen ausgewählt werden kann. Um unter diesen Einschränkungen hohe Gewinne zu erreichen, werden im zweiten Schritt neue Resourcenzuteilungsverfahren vorgestellt. Abschließend wird ein Prototyp für kooperative lokale Netze (sog. WLANs) implementiert und in aufwändigen Feldversuchen untersucht. Diese Messungen demonstrieren nicht nur die hohe Leistung der vorgestellten Verfahren sondern belegen erstmals, dass kooperative Systeme die theoretisch vorhergesagten Gewinne auch erreichen. Dies zeigt, dass kooperatives Weiterleiten bereits heute effizient, praktikabel und reif für die Standardisierung ist.