网络容量是无线网络底层通信协议追求的重要性能指标。中继网络中,扩展网络容量的方法有协作通信和网络编码等技术。然而,大量现有的中继传输协议研究都建立在中继接收后立即转发的传统思维定式之下。这些传统的传输协议在时间上顺序地调度预先设定的传输模式,忽略了衰落信道下每个时刻信道的变化对于网络设备的收发是否有利。缓冲辅助中继协议打破了这种思维定式,在网络中间节点引入缓冲器,并设计了以网络容量为目标的最优传输策略。具体地,缓冲辅助中继协议能够在衰落信道中合理地根据信道状态信息判断并选择有利于系统长期平均吞吐量的传输模式或链路。缓冲器带来的优势不仅是数据的暂时存储,还为中继协议的智能决策提供了可能。与传统协议相比,缓冲辅助中继协议提供了显著的吞吐量性能增益和分集增益。尽管相关研究在单用户中继网络中取得了一定进展,但是在拓扑结构更为复杂的多用户中继网络中的研究成果非常有限。因此,本文研究的主要目的就是研究无线多用户中继网络的缓冲辅助中继协议。首先,论文研究了无直达链路多用户单向中继网络,其中多个用户设备只能通过中继向基站发送信息。中继站处引入的缓冲器赋予了协议自由决策的能力。在自适应链路选择缓冲辅助中继协议的研究基础上,提出了联合优化功率分配和自适应链路选择的缓冲辅助中继协议的最优传输策略。该联合优化协议在网络所有节点总平均功率预算受限的情况下,实现了系统平均吞吐量的最大化。每个时刻,协议根据最优传输策略,确定传输链路并优化与该链路对应的发射机的传输功率。仿真结果表明功率分配可以进一步扩展缓冲辅助中继协议的平均系统吞吐量。其次,论文研究了有直达链路多用户单向中继网络,其中多个用户设备可以通过直达链路或中继链路向基站发送信息。本文在中继处引入缓冲器并提出了一类基于多用户译码能力的缓冲辅助中继协议。根据网络结构特点,分别设计了三种传输模式(Z1-Z3):(Z1)多个用户设备直接传输至基站并保证全部译码;(Z2)多个用户设备发送信息,确保中继全部译码,同时基站部分译码,缓冲器存储另一部分信息留作将来转发;(Z3)中继提取缓冲器中暂存信息并转发,基站进行信息整合并译码,同时在基站多址接入能力允许的条件下,一定数量的用户设备发送新信息至基站。文中详尽地分析了每种传输模式中,网络设备的可达速率和缓冲器的动态变化。随后构造并求解了相应的优化问题,得到了最优传输策略。仿真结果表明该协议优于现有的几种缓冲辅助中继协议,并且在中继与基站具备一定合理的多址接入能力时,其性能甚至超出了多接入中继信道容量的外界。最后,论文研究了有直达链路多用户双向中继网络,其中多个用户设备可以通过直达路径或中继路径保持与基站的双向通信。通过引入解耦传输思想,在缓冲辅助中继协议的设计框架下,提出了正交/非正交解耦上下行链路缓冲辅助中继协议。正交解耦上下行链路缓冲辅助中继协议,解耦上行决策与下行决策的选择关联,分别在上行传输和下行传输中优化链路选择。通过相对独立地构造优化问题,分别实现了上行和下行的最大平均吞吐量。非正交解耦上下行链路缓冲辅助中继协议,设计了两类允许上行链路和下行链路同时传输的模式,在中继或基站端利用连续干扰消除,保证两条链路的传输信息可以译码。在所设计的即时传输模式基础上,把网络双向和速率作为性能指标,构造优化问题,并得到理论最优决策准则。仿真结果不仅验证了解耦传输的有效性,还表明在中继与基站间信道质量良好时,正交/非正交解耦上下行链路缓冲辅助中继协议都能显著提高系统性能。