协同通信作为当前通信领域研究的热门,一方面有效利用了中继所处位置的差异性,进而组建出虚拟多天线系统;另一方面通过对接收到的信号进行放大转发,实现了改善信息传输质量的目的。相比于传统的分段信道(individual channel),级联信道(cascade channel)综合考察了外部环境对发送和接收双方之间信号传输的整体衰落影响,从而降低了理解以及实现协同通信的复杂性。其中,提高级联信道估计的准确性能够有效减少包括中继波束成形、网络预编码等多项协同技术在理论结果和实际所得上的性能偏差。同时,增加级联信道传输信息的特征了解则有助于统筹整体协同通信的规划和调度,使其在性能和开销两方面更加合理。然而,目前已有的信道估计方法没有能够利用先验信息,导致估计精度难以进一步提高。同时,由于级联信道构成复杂,因而关于其误码、传输容量及时域相关方面的系统研究成果较少。针对这些问题,本文以蜂窝网络和车辆间的协同通信为背景,主要研究了协同通信级联衰落信道的估计,及其传输质量、传输效率、时域相关等特征的理论和简化近似计算问题。所取得的贡献可概括如下:为了达到更好的均方误差精度,文中将基于贝叶斯原理的最大后验(Maximum a Posteriori,MAP)方法引入级联信道的估计过程中。根据Rayleigh信道模型,得到了等效于服从双Rayleigh乘积的级联信道幅度随机分布变量,结合训练序列信号,给出了最大后验估计方法。随后,为了降低估计过程的计算复杂度,通过概率分布近似而提出了简化最大后验方法。仿真实验比较了包括最小二乘和最大似然在内的几种估计方法的均方误差,证实了所提最大后验方法具有改进估计精度的效果;另外表明简化最大后验方法同样获得了估计性能优势,在耗用时间方面相比最大后验方法大为下降。为了在众多潜在的级联信道中选出合适的一条或多条链路进行信号传输,需要根据级联信道中断概率、中断容量、平均误码率和遍历容量等特征进行评估和比较。对此,文中首先证明了当连接基站、通信被叫方至协同中继的信道分别为独立的Nakagami-m分布和Rayleigh分布时,小尺度的级联信道衰落幅度服从Generalized-K分布,继而推导得到了上述特征的理论结果。随后,出于工程应用方面需要简化数值计算的考虑,分别提出采用矩匹配方法、矩生成函数方法和混合Gamma分布方法近似真实的Generalized-K分布,用于消除各项理论结果中的复杂Meijer-G函数。仿真结果表明,由混合Gamma分布方法得到的近似式运算简单;同时,所得结果与理论结果吻合良好,印证了其实用性和准确性。随着当前城市化的深入进行,高大建筑物的遮挡、以及基站与中继和用户间隔距离的扩大,使得接收信号在幅度上容易出现深度衰落,导致传输效果的显著恶化,因而必须考虑级联信道上所叠加的阴影衰落影响。文中基于原本小尺度多径衰落的Generalized-K分布信道功率参数可变的情况,将其进一步扩展为服从Lognormal+Generalized-K分布的复合级联信道。首先给出了该复合级联信道中断概率、平均误码率、中断容量和遍历容量等特征的理论结果。为了降低特征计算的复杂度,随后给出了基于混合Gamma分布方法的简化近似结果。考虑到基站一侧安装多天线的前提,文中讨论了分集合并技术的应用,分别为最佳选择方式和等增益方式。由于不存在闭合形式的结果,对应提出了采用分集后,具有级数累加求和形式的特征关系式。数值仿真表明了文中所提关于复合级联信道的特征近似式准确性;同时指出分集技术显著改善了复合级联信道信号传输的有效性和可靠性。以平均误码率为例,拥有双天线的基站一侧在采用最佳选择方式和等增益方式时,相比无分集情况分别有了10~15dB的性能提升。当车辆间协同通信的用户和中继具有明显相对移动时,多普勒效应会引起级联信道在相邻时间间隔内具有相关性。针对这一特点,建立了基于移动协同通信的几何多环均匀散射体模型。推导了移动级联信道的时域自相关函数及多普勒功率谱。随后参考Kalman滤波原理,构建了针对移动级联信道的估计方法,并证明了该方法一致收敛稳定。数值仿真证实了新的估计方法在均方误差性能上要优于典型的最大似然方法。关于移动级联信道的其它时变特性,着重研究和推导了移动级联信道衰落幅度的电平通过率及平均衰落持续时间,分别讨论了单纯快速衰落过程和快慢速衰落混合的场景。这些信道时变特征有助于确定适用于该移动协同通信环境下的特定编码方式、帧长度,以及自适应调制缓冲大小等内容。