平流层通信是未来空-天-地综合通信网络的关键节点,相对于地面通信和卫星通信,它拥有独特的优势。然而在平流层平台和地面用户的通信过程中,特别是当用户处于平流层平台的低仰角覆盖区域和山区林地的环境中,大尺度衰落会造成通信性能恶化,甚至使通信中断。为了解决这一问题,本文引入协同中继技术来提升平流层通信系统的性能。本文以平流层协同通信系统双向链路的中断性能为研究内容,主要包括以下几个方面:首先,通过对平流层平台通信系统信道的传输特性进行分析,建立符合平流层通信特征的异构信道模型,其中,地面节点间的信道用Nakagami-m分布描述,地面节点和平流层平台间的信道用Lognormal分布描述。利用阴影相关Lognormal统计信道模型来描述平流层平台到不同地面节点之间信道的统计分布特征。其次,分析了单基站协同平流层通信系统的中断性能。根据信息论的相关原理,推导了译码转发(DF)协同方式下系统中断概率的表达式。针对上行链路,利用矩生成函数(MGF)匹配法将两个Lognormal随机变量之和近似为一个新的Lognormal随机变量。针对下行链路,通过分析发现,一个Lognormal随机变量与一个Nakagami-m随机变量之和可以近似为一个新的Lognormal随机变量,同样MGF匹配法求解相关参数。在此基础上,结合系统的中断概率表达式可以计算出系统的中断概率。仿真分析的结果表明:i)在直传信道传输质量差的情况下,协同能明显提升系统的中断性能;ii)Lognormal的参数(μ,σ)以及Nakagami-m的参数m,都对系统中断概率产生明显的影响;iii)在上行过程中,Lognormal信道间的相关性也影响系统中断概率,相关性越大,中断概率越大。最后,进一步分析了多基站协同的平流层通信系统采用DF协议时系统的中断性能。针对上行链路,将MGF匹配法推广到可以处理多个Lognormal随机变量之和的概率分布情形;针对下行链路,可以证明多个独立同分布的Nakagmi-m随机变量之和仍然是一个Nakagami-m随机变量。在此基础上,计算出系统的中断概率。仿真分析的结果表明:i)在直传信道质量不佳的时候,多基站协同能更加明显地改善通信的性能;ii)在多基站协同系统中,信道衰落参数变化对系统中断概率的影响比较小,这一点从侧面说明多基站协同系统中断性能的明显优势。iii)中继数目是不可忽略的影响,数目N大,中断概率小。