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信道衰落是制约无线通信的瓶颈之一,分集是一种抵抗衰落的有效技术。与时间分集和频率分集相比,空间分集技术可以在不增加时间或频率资源的前提下提高系统的可靠性。众多空间分集技术中,在收发两端同时采用多根天线的多输入多输出(Multi-Input Multi-Output,MIMO)技术可获得高分集增益并增加频谱利用率,成为了近十多年无线通信的研究热点之一。但由于能量、价格、尺寸等因素的限制,以便携为目的的移动终端使用多根天线面临困难。因此出现了一种新的空间分集技术——协同分集(Cooperative Diversity),它可使单天线终端在多用户或中继环境下通过共享它们的天线而构成能取得空间分集的虚拟MIMO系统,同时可以提高蜂窝小区边缘用户的性能和基站覆盖面积,是近几年继MIMO之后的一个新兴的研究方向。本文主要研究无线通信中协同分集技术的理论性能、空时编码设计及在多载波无线通信系统中的协同信号设计与性能分析问题。第二章研究了平坦衰落下未编码协同通信的性能。首先仿真了不同数目的中继节点时协同通信系统性能,结果表明采用一个中继能获得最大平均增益。接着研究了在协同通信网络中,能够正确译码的中继的个数服从均匀分布、泊松分布或正态分布三种情形,并推导出相应的误符号率的闭合表达式。最后介绍了基于信号空间分集技术的协同通信系统,通过仿真验证了正交相移键控(Quadrature Phase Shift Keying,QPSK)调制下最优旋转角度,并得出了二进制相移键控(Binary Phase Shift Keying,BPSK)调制下最优旋转角度。BPSK调制下,当BER=10-4时采用最优选择角度相比不旋转可获得8.5dB增益。第三章研究了平坦衰落下分布式空时编码的性能。首先介绍了MIMO系统中采用两天线空时分组码(Alamouti码)的基本原理,接着研究了采用分布式两天线空时分组码(Alamouti码)的协同通信系统,推导出放大前传(Amplify-and-Forward,AF)和自适应解码前传(Decode-and-Forward,DF)方式下采用分布式Alamouti码的协同通信系统的误符号率。最后推导出自适应DF方式下采用BPSK调制时中继节点的最优位置,并通过仿真得出其它中继信号处理方式和调制下的最优中继位置。第四章研究了频率选择性衰落下正交频分复用(Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing,OFDM)协同通信的性能。首先推导出BPSK和16进制正交幅度调制(Quadrature Amplitude Modulation,QAM)调制下两跳OFDM协同通信系统的误比特率;接着介绍了一种的采用分布式Alamouti码的OFDM协同通信系统,并提出了一种新的采用分布式Alamouti码的OFDM协同通信系统,仿真结果表明所提系统相比原有系统可获得2dB的性能增益。最后一章总结了全文,并指出了后续的研究工作和未来可能的研究方向。