多输入多输出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)技术作为下一代无线通信关键技术之一,能够有效克服无线信道固有的多径衰落。然而,由于移动台尺寸、功耗等因素的限制,在上行链路实现MIMO技术具有一定难度。基于此,被称作“虚拟”MIMO的协同通信技术应运而生,该技术使多个单天线终端共享彼此天线而获得空间分集增益,从而提高系统容量和传输性能。本文从分集技术与中继传输技术的有效结合方案入手,对多用户/多中继协同无线通信系统方案设计以及性能分析做系统研究。第二章研究了基于解耦转发(Decouple-and-Forward,DCF)的单用户单中继协同通信系统。传统的解码转发(Decode-and-Forward , DF)方式和放大转发(Amplify-and-Forward,AF)方式之间寻求性能与复杂度的折中,学术界提出DCF协同方案。本文基于DCF协议模型,首次推导出空时编码DCF系统在Nakagami-m信道下的中断概率精确表达式以及上下界,并通过计算机仿真对理论结果进行了验证。研究结果表明:由于Nakagami-m分布比Rayleigh分布更具一般性(当m = 1,即为Rayleigh),本文结论能够代表更广泛的衰落情形。第三章研究了基于网络编码(Network Coding,NC)的多用户单中继协同通信系统。通过对比传统多址中继信道(Multiple Access Relay Channel,MARC)、点对点系统以及基于网络编码的协同通信系统(Network Coding Based Cooperation,NCBC)的资源开销,得出NCBC是未来解决多用户单中继协同传输效率问题的可能途径。本文借鉴网络编码的思想,根据中继采用静态和自适应模式,分别推导出用户级和系统级中断概率精确表达式,并研究了中继位置对系统性能的影响。研究结果表明:在同样的信道和节点位置情形下,自适应模式性能较静态模式有一定提高。不过,静态模式在处理上更为简单。第四章研究了单用户多中继协同的中继选择问题。无论采用哪种协同分集方法,源节点的潜在协同伙伴可能不止一个,如何从众多潜在中继节点中选择最佳中继,既可使分集增益最大,又能够增加中继的可分配资源,减少系统复杂度,这就是中继选择的问题。本文研究了基于位置信息的中继选择算法和基于瞬时信道状态的中继选择算法,并对两种算法进行了对比。研究结果表明:基于位置信息的选择算法,最佳中继的选择依赖于源节点、中继节点及目的节点的位置信息,需要知道或者估计所有中继节点和目的节点之间的距离,这就要求系统有距离或位置估计装置,例如在各个终端安装GPS接收机,这种方法虽然可行,但是成本较高。基于瞬时信道状态的中继选择算法,综合考虑了各种衰落和噪声的影响,可获得和协同空时编码相同的分集—复用性能,适用于动态无线网络中中继的选择。