Relais werden in drahtlosen Kommunikationssystemen verwendet, um Sendesignale zu empfangen und weiterzuleiten. Sie können die Netzabdeckung im Mobilfunk erhöhen und machen die Funkkommunikation robust gegenüber Schwankungen der Empfangsfeldstärke, indem sie zusätzliche Signalpfade schaffen.

In dieser Dissertation werden neuartige Verfahren für die Einweg-Kommunikation und Zweiweg-Kommunikation in drahtlosen Relais-Netzwerken vorgeschlagen. Zudem werden für diese Verfahren die bestmöglichen Relais-Parameter gesucht, die bestimmte Optimierungsziele erfüllen. Ein Optimierungsziel ist, bei kleinstmöglicher Sendeleistung eine ausreichend hohe Signalqualität bei den Empfängern zu erreichen. Ein weiteres Ziel ist die Signalqualität zu maximieren, während die Sendeleistung begrenzt ist.

Für die Einweg-Übertragung werden Systeme zur Kommunikation über frequenzselektive Funkkanäle vorgestellt, welche zu Intersymbolinterferenzen (ISI) führen. Zunächst wird eine Informationsquelle betrachtet, die über Relais Signale an mehrere Empfänger sendet. Hierbei erhält jeder Empfänger unterschiedliche Daten. Sowohl die Informationsquelle als auch die Relais sind mit mehreren Antennen ausgerüstet. Durch lineare Filter an den Relais können in diesem System sowohl ISI als auch Interferenzen der verschiedenen Sendesignale abgeschwächt werden. Außerdem wird gezeigt, wie eine lineare Vorverarbeitung an der Informationsquelle die Signalqualität an den Empfängern verbessert. Aus dem Relais-System mit einer einzelnen Informationsquelle und mehreren Empfängern wird ein Peer-to-peer-System abgeleitet. In diesem senden mehrere Informationsquellen Daten über ein Relais-Netzwerk an mehrere Empfänger. Durch Vergrößern der Relais-Filterlänge wird die Signalqualität an den Empfängern deutlich verbessert.

Für Relais-Netzwerke, in denen die Funkkanäle einen flachen Frequenzgang aufweisen, wird ein neuartiges Multicast-Verfahren vorgestellt. In diesem Verfahren werden dieselben Daten an mehrere Empfänger gesendet. Die Relais verwenden das Amplify-and-forward-Protokol, um ihre Empfangssignale mit Gewichtsfaktoren zu skalieren und deren Phasen anzupassen. Um die Anzahl der Freiheitsgrade zu erhöhen, wird eine Rang-Zwei-Strahlformungsmethode eingesetzt. Mit dieser Methode werden zwei Kommunikationskanäle von der Informationsquelle zu jedem Empfänger er- zeugt. Mit einem iterativen Algorithmus werden sowohl die Relais-Gewichtsfaktoren als auch die optimalen Sendeleistungen der Informationsquelle und der Relais berechnet.

Anschließend wird die bidirektionale Zweiweg-Kommunikation eines einzelnen Benutzerpaares unter der Verwendung von Amplify-and-forward Relais betrachtet. Es werden drei verschiedene bidirektionale Übertragungsmethoden anhand ihrer maximalen Übertragungsrate verglichen.

Danach wird die bidirektionale Kommunikation eines einzelnen Benutzerpaares auf mehrere Paare verallgemeinert. Um die Interferenzen im Netzwerk, die aufgrund der Mehrbenutzerkommu-nikation auftreten, gering zu halten, werden Vielfachzugriffsverfahren eingeführt.

Für die bidirektionale Kommunikation eines einzelnen Benutzerpaares über ein Amplify-and-forward-Relais wird ein differenzielles Verfahren zur Bestimmung der Gewichtsfaktoren vorgeschlagen. Dieses Verfahren benötigt keine expliziten Informationen über die Funkkanäle, ist einfach zu imple- mentieren und kann leicht an andere Relais-Protokolle angepasst werden.