频谱带宽濒临饱和与发射功率受限是B3G和4G移动通信系统面临的主要技术挑战之一。无线中继技术能取得新的空间分集增益——协作分集，能节省频谱资源，减少通信盲区并扩大小区的覆盖范围，不需要在一个终端上布置多根天线就能够增强系统通信质量，同时提高传输容量，是目前无线通信领域的研究热点之一。 信道统计特性是研究无线通信的基础，直接关系到通信系统性能、天线选择、通信距离计算以及编码调制方式选择等方面的理论研究及其优化设计和工程实施。为此，本文从理论上研究了无线中继信道的二阶统计特性。其中针对三节点的无线中继系统，研究了瑞利（Rayleigh）衰落条件下、基于不同中继策略的无线中继信道的平均幅度穿越率（LCR）和平均衰落时间（AOD），其关键点在如何将传统的直接计算方法需要进行三重积分表达式化简为一重积分表达式。运用我们得到的简化结果可以方便地计算相应的LCR和AOD，从而刻画无线中继信道在时间上的衰落频率和严重程度，为确定符号速率、数据包长度和时序长度等无线中继网络系统参数设计问题提供参考依据。 在蜂窝系统中，当用户离基站较远、信号比较弱时不能够和基站进行直接通信，借助空闲的用户终端作为中继进行协作通信，能提高用户的信噪比并满足用户通信的要求，也能够提高整个系统的吞吐量。对此，本文提出了工程上易于实现的两两匹配的用户协作策略，建立了基于系统和容量最大化的“最大容量的匹配模型”和系统和功率最小化的“最小功率的匹配模型”。并通过图论的相关理论和方法，把上述两种模型转化为相应图论中的加权二分图的最优匹配问题，最后利用计算量较小的Kuhn—Munkres算法得到问题的最优解，研究结果表明该方法能够较大地提高系统的和容量和节省系统的总功率。 未来的无线通信，要求不仅在物理层（PHY）能够为用户提供高速的传输速率，而且在媒体接入层（MAC）能够满足用户的QoS需求。本文通过运用排队论、马尔可夫（Markov）过程、流体模型、矩阵论等理论和分析方法研究了三节点的无线中继增量网络数据队列的统计模型及其统计特性和有效容量。首先根据无线信道的Markov过程模型建立了无线中继网络的数据包队列状态模型，模型中信息源节点信息包的到达过程建模为马尔可夫调制泊松过程（MMPP），并使用一个依赖于信道状态信息的马尔可夫相位过程刻画发射过程，从而建立了一个描述物理层和媒体层的理论模型，得出了系统容量的概率平衡方程，再利用母函数方法求出了用户数据包队列长度的平稳分布概率，通过矩阵几何分析方法获得了系统有效容量表达式和系统平衡的条件，同时对队列分布概率、平均长度等参数进行了理论分析。理论分析结果与计算机仿真结果一致。