รายงานฉบับสมบูรณ์ฉบับนี้เป็นรายงานบับสมบูรณ์ของโครงการวิจัยเรื่อง การออกแบบโปรโตคอล การออกแบบการส่งสัญญาณ และ การออกแบบโครงสร้างสัญญาณนำร่องที่เหมาะสมสำหรับการประมาณค่าช่องสัญญาณ ในระบบสื่อสารไร้สายแบบร่วมมือ ซึ่งได้แบ่งผลการวิจัยออกเป็นสามส่วนดังต่อไปนี้ ส่วนที่ 1: การออกแบบโปรโตคอล และ การออกแบบการส่งสัญญาณแบบปรับตัวได้ในระบบสื่อสารไร้สายแบบร่วมมือแบนด์แคบนั้น สามารถบรรลุเป้าหมายที่ได้ตั้งไว้คือ สามารถลดอัตราการผิดพลาดในการตัดสินสัญญลักษณ์ข้อมูล (Symbol Error Rate : SER) ที่เครื่องรับสัญญาณ โดยที่ม่มีการปรับเปลี่ยนอัตราการส่งกำลังงานไฟฟ้าไปจากเดิม และ ระบบสามารถเลือกผู้ใช้งานที่ช่วยส่งต่อข้อมูลได้อย่างเหมาะสมในช่วงเวลาที่ช่องสัญญาณเปลี่ยนแปลงตามเวลา ในงานวิจัยยังได้แสดงถึงหลักการจัดสรรกำลังงานไฟฟ้าอย่างเหมาะสมให้แก่เครื่องส่งหลัก และ เครื่องส่งรองที่ใช้ส่งต่อข้อมูลได้อย่างเหมาะสม และสามารถเพิ่มประสิทธิภาพการรับส่งข้อมูลในระบบสื่อสารไร้สายแบบร่วมมือแบนด์แคบได้เป็นอย่างดี โปรโตคอล และ หลักการส่งสัญญาณที่ได้ออกแบบนี้จะเป็นพื้นฐานอันสำคัญในการพัฒนางานวิจัยในส่วนถัดไป ส่วนที่ 2: การออกแบบโครงสร้างสัญญาณนำร่องที่เหมาะสมสำหรับการประมาณค่าช่องสัญญาณและความถี่ออฟเซต ในระบบสื่อสารไร้สายแบบร่วมมือแบนด์แคบที่มีผู้ใช้งาน 2 คน และเครื่องรับ 1 เครื่อง โดยใช้เทคนิคการประมาณค่าช่องสัญญาณและค่าความถี่ออฟเซตแบบร่วม ด้วยการส่งสัญญาณนำร่องก่อนการส่งข้อมูลจริง บนพื้นฐานของการเข้าถึงช่องสัญญาณแบบหลายทางโดยการแบ่งเวลา (TDMA) และใช้โปรโตคอลการส่งผ่านสัญญาณแบบ Decode-and-Forward (DF) ที่ปรับตัวได้ ซึ่งจะพิจารณาเลือกเงื่อนไขในการปรับตัว จากค่าสัมประสิทธิ์ของช่องสัญญาณ ในการส่งสัญญาณ 2 รูปแบบ คือการส่งสัญญาณไม่มีผู้ช่วยเหลือในระบบ (non-cooperation strategy) และการส่งสัญญาณโดยมีผู้ช่วยเหลือในระบบ (cooperation strategy) ที่ใช้เครื่องรับแบบ Maximum-Likelihood (ML) ร่วมกับเทคนิคการรวมสัญญาณแบบ Maximum Ratio Combining (MRC), การตรวจวัดประสิทธิภาพของการประมาณค่าช่องสัญญาณจะใช้วิธีการ ค่าเฉลี่ยความผิดพลาดกำลังสอง (MSE : Mean Square Error) ผลการจำลองการทำงานของระบบที่นำเสนอ ด้วยโปรแกรม MATLAB จะแสดงผลการเปรียบเทียบสมรรถนะของระบบ ในเรื่องอัตราความผิดพลาดในการตัดสินสัญลักษณ์ (SER) เป็นหลัก ซึ่งผลของวิธีการที่นำเสนอนี้ ให้อัตราความผิดพลาดในการตัดสินสัญลักษณ์ที่ต่ำกว่า เมื่อเปรียบเทียบกับระบบสื่อสารแบบร่วมมือที่มีการส่งสัญญาณแบบโปรโตคอลไม่ปรับตัว ส่วนที่ 3: การออกแบบโปรโตคอลและ การออกแบบการส่งสัญญาณแบบปรับตัวได้ ในระบบสื่อสารไร้สายแบบร่วมมือแบนด์กว้าง โดยใช้เทคนิคการสหสัญญาณแบบแบ่งความถี่เชิงตั้งฉาก (Orthogonal Frequency Division Multiplexing: OFDM) ซึ่งสามารถลดปัญหาจากการแทรกสอดของสัญญาณ (Inter Symbol Interference: ISI) โดยมีข้อกำหนดให้อัตราการส่งข้อมูลคงที่ กำลังงานในการส่งข้อมูลคงที่ และมีความยุติธรรมในการสื่อสารแบบร่วมมือ กล่าวคือ ผู้ใช้งาน (User) แต่ละคนที่ส่งข้อมูลจะต้องช่วยผู้อื่น (Relay) ส่งข้อมูลด้วยทำให้ในระบบจะไม่มีผู้ใช้งานหรือผู้ช่วยแบบถาวร แต่จะเป็นระบบที่สลับกันทำหน้าที่ผู้ใช้งานหรือผู้ช่วย โดยใช้เทคนิคการเลือกช่องสัญญาณย่อยที่เหมาะสม จากงานวิจัยที่ผ่านมาการนำเทคนิคการสหสัญญาณแบบแบ่งความถี่เชิงตั้งฉากมาใช้นั้น ยังคงไม่มีความหลากหลายในการเลือกใช้ช่องสัญญาณย่อย ทำให้ประสิทธิภาพของระบบที่ผ่านการสหสัญญาณยังไม่ดีเท่าที่ควร เนื่องจากผลตอบสนองทางความถี่ของช่องสัญญาณย่อยของผู้ใช้งานแต่ละคนมีความแตกต่างกัน จึงกำหนดการเลือกช่องสัญญาณย่อยทั้งหมดออกเป็นแปดช่วง เพื่อนำมาคำนวณค่าอัตราส่วนของกำลังไฟฟ้าของสัญญาณต่อสัญญาณรบกวน (Signal-to-Noise Ratio: SNR) ในแต่ละช่วงและเลือกช่วงที่มี SNR สูงที่สุดจำนวนสี่ช่วงเพื่อนำมาใช้ในการสื่อสารแบบร่วมมือและใช้ส่วนที่เหลืออีกสี่ช่วงในการส่งข้อมูลของตัวเอง ซึ่งทำให้ระบบการสื่อสารแบบร่วมมือมีประสิทธิภาพดียิ่งขึ้น การศึกษานี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษา และวิเคราะห์วิธีการจัดสรรช่องสัญญาณย่อยอย่างเหมาะสมโดยการวิเคราะห์หาประสิทธิภาพการรับ/ส่งข้อมูล ของระบบสื่อสารไร้สายแบบร่วมมือที่มีผู้ใช้งานในระบบ 2 คนและมีเครื่องรับ 1 เครื่อง ภายใต้สภาพภูมิศาสตร์ของช่องสัญญาณที่เปลี่ยนแปลงตลอดเวลา เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการรับ/ส่งข้อมูลสำหรับการสื่อสารไร้สายแบบร่วมมือ ที่มีการสหสัญญาณแบบแบ่งความถี่เชิงตั้งฉาก ให้มีอัตราความผิดพลาดของการตัดสินสัญลักษณ์ข้อมูล (SER) ต่ำลง โดยผลการทดลองจะแสดงการเปรียบเทียบค่า SNR ระหว่างระบบที่มีการจัดสรรช่องสัญญาณย่อยกับระบบที่มีการสื่อสารแบบร่วมมือธรรมดาในตำแหน่งที่ทั้งสองระบบมีอัตราความผิดพลาดการตัดสินสัญลักษณ์ข้อมูล (SER) เท่ากัน (2 x10-4) ผลลัพธ์ที่ได้แสดงให้เห็นว่าค่า SNR ของระบบที่มีการจัดสรรช่องสัญญาณย่อยมีค่าต่ำกว่าระบบเดิม 2 dB ซึ่งหมายถึงอัตราการใช้กำลังไฟฟ้าต่ำลง 1.6 เท่า This literature presents a complete research report of the research project entitled “Protocol Design, Signal Transmission Design, and Optimum Training Design for Channel Estimation in Wireless Cooperative Communication Systems.” In this report, the major contents and research findings are separated into three main parts as follows. Part I: Adaptive protocol and signal transmission design for narrow-band cooperative wireless communications. The designed protocol and signal transmission scheme could effectively achieve the research targets, in which a symbol error rate (SER) of the system could be reduced under the fixed transmission power constraint. In addition, the designed scheme is able to effectively select the optimum relay users in the time-varying channel conditions. The principle of optimum power allocation for the main user and the relay users is also investigated. It has been verified by the experimental results that the designed optimum power allocation principle is able to enhance the system performance by further reducing SER of the system. In summary, the designed protocol and signal transmission scheme fundamentally pave a strong background for the consequent research topics. Part II: Optimum training design for a joint channel and frequency offset estimation in narrow-band cooperative wireless communications. In this study, a two-user and one- receiver scenario with a joint channel and frequency offset estimation and a time division multiple access (TDMA) scheme for signal transmission is investigated. An adaptive relay-selection with decode-and-forward protocol is also proposed. The adaptive criterion for the proposed adaptive protocol is based on the channel variance approach by which two cooperation strategies with modulation constellation compensation, including a non-cooperation strategy and a 1-relay cooperation strategy, are adaptively chosen. At the receiver, the Maximum-Likelihood (ML) receiver with the maximum ratio combining (MRC) is employed. The performance evaluation is carried out by a MATLAB program for simulating the proposed scheme, and a symbol error rate (SER) and a mean square error (MSE) are used as the performance measure. The simulation results show that the designed adaptive relay-selection based cooperative communication system with a joint channel and frequency offset estimation results in a lower SER in comparison with existing fixed protocols. Part III: Adaptive protocol and signal transmission design for wide-band OFDM cooperative wireless communications. Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) technique is a mature technique to mitigate the problem of inter-symbol-interference (ISI) occurred in the multipath fading channels. In this study, a maximum signal-to-noise-ratio (SNR)-based adaptive protocol for 2-user OFDM cooperative communications with fairness is proposed. The fairness in cooperative communications means that two users in this system mutually act as a source or relay in each time and change the role in the next time, where the transmission rate and the total transmit power remain constant. The proposed protocol operates by selecting half of maximum-SNR subcarriers in each OFDM frame to help the partner transmitting the data, and the remaining subcarriers are used by the source node. In addition the proposed scheme with adaptive protocol can remarkably enhance the SER performance in comparison with the fixed-subcarrier-selection scheme. The objectives of this study aim at studying and determining the optimum number of cooperative subcarriers to enhance a performance of the OFDM cooperative wireless communications, i.e. decreasing SER, with two users. Simulation results show that the proposed scheme provides a lower SER compared with existing cooperative systems, where the SNR difference of 2 dB at SER of 2x10-4 is observed. In other words, the power consumption of the proposed scheme is 1.6 times lower than existing fixed protocols.