MIMO能大幅提升无线移动通信系统容量,但实现MIMO的智能天线等技术复杂度高,价格昂贵,目前难以实用。协作通信则是提升无线移动通信系统容量的另一种有效途径,它在多用户通信环境中,通过共享邻近移动通信用户的天线来产生一种与MIMO等效的虚拟多天线输入输出通信系统环境,从而获得相应的空间分集,大幅提高无线移动通信系统传输性能和容量。目前协作通信作为下一代网络中的关键技术已被广泛研究,特别是在直传链路状况较差的情况下更能发挥作用。本文研宄了具有更高频谱效率的无线双向中继(Two-way relay)系统,探究了认知网络中的双向中继的选择。由于在实际无线通信系统中,各用户节点都是由电池提供能源,频繁的更换电池是不方便的,能效问题被更多人关注,本文针对能效问题也提出了一种新的高能效方案。本文的研究的主要工作如下:1论文简要阐述了协作通信的理论基础知识,主要包括常见的协作分集技术,如时间分集、频率分集和空间分集等,同时也分析了双向和单向的AF和DF协议,分析了通信性能指标。2论文详细分析了几种已有的中继选择算法,针对基于信噪比和信道增益的双向中继选择算法中继系统总是采用协作传输,在一定程度上降低了系统自由度的利用率。基于此,本文创新点在于研究了“协同时机”的问题,考虑了源节点和目的节点之间的直接传输链路。通过对比中继链路的信道增益以及直连链路的信道增益得出是否要进行协同协作通信,当中继链路信道增益不如直连链路的情况时,单独采取直连链路进行传输;否则通过中继算法选择出来的最佳中继链路进行协同通信,以有效增加信息的总速率。仿真表明进该改进方案的优越性,总速率优于其他中继方案。3在完成频谱感知的认知网络中,通过对最佳中继的选择,研究次用户处于功率的限制下通过合理的功率分配所能达到的系统最大总速率。提出了以系统平均总速率为上界目标函数的最优功率分配(OPA)方案,通过对引入中继和未引入中继进行分析,得出最优的系统平均总速率,并且引入拉格朗日进行凸优化并进行仿真,仿真结果总速率同样得到提升。4本文的系统模型是基础的双向协作传输模型,在考虑非理想发射机以及动态的电路功耗的基础上,通过分析直连链路(DT)以及双向协作链路(TWRT)的能效,得出了并不总是是协作链路的能效最优;所以在此推导下,得出存在传统的两种方案能效相等的门限速率节点(Rth),通过二分法求解出此门限值,进而提出一种高能效的自适应方案,这个方案以最大能效为基础进行模式转换,然后根据系统对速率R的需求变化来自适应的选择传输模式,进而进一步提高能效。仿真表明系统速率在一定的范围内变化,采用高能效策略的系统能效总是最优的。