近几年发展起来的协作通信技术让用户以协作的方式将信息传递至信宿,摒弃了各用户为独立传输消息而与其他用户抢占信道资源的方式,有效突破了传统无线通信技术的工作极限,成为当今推动无线通信发展的关键技术之一。作为协作通信策略之一的机会中继选择(Opportunistic Relay Selection,ORS),能够将更多的资源分配给更可靠的信道,避免在低劣信道上的功率消耗,具有协作分集增益高、不受网络规模限制、开销小和易于物理实现等优点,业已成为国内外学者的研究热点。论文针对机会中继选择的协作通信策略、技术和方案,以及在复杂信道衰落和各种不利因素影响下的通信性能展开研究。论文取得的主要贡献及创新性成果包括:(1)提出全网总功率约束条件下的增量型机会中继选择(Incremental Opportunistic Relay Selection,IORS)协作通信策略。针对两阶段中继转发的ORS协作策略频谱效率低的问题,将三节点增量中继协作通信策略扩展到多中继协作通信网络中,形成IORS协作通信策略。其核心思想是在总功率约束条件下,依据可能存在的源节点到目的节点无线链路的信道容量是否满足通信要求的准则,选择源节点到目的节点直接通信或者进行ORS协作转发。理论和仿真结果表明,在全网总功率约束条件下,该策略相比于两阶段中继转发的ORS,具有更高的频谱效率和更小的中断概率。(2)提出利用解码转发ORS/IORS策略以及在节点配置分集天线用于抵抗信道级联衰落、级联阴影衰落和混合信道衰落的方案。针对常见的瑞利、Nakagami、莱斯和对数正态等分布函数描述无线信道衰落特性时,由于形式简单、可调参数有限,难以精确描述实际通信节点间的无线信道衰落特性的问题,论文结合Shankar P M等人关于无线信道衰落的最新研究成果,建立基于信道级联衰落、级联阴影衰落和混合信道衰落,以及节点配置分集天线的全网总功率约束条件下解码转发IORS/ORS的协作通信模型,并进行理论推导和仿真分析。理论与仿真结论表明,该方案能够有效减小信道级联衰落、级联阴影衰落以及混合信道衰落的影响,实现协作分集增益,解码转发IORS相比解码转发ORS具有更高的频谱效率和更小的中断概率,采用天线分集技术能够实现在不增加物理体积和能耗的同时进一步改善协作通信性能,所得结论更加契合实际情况,具有更为广泛的适用性。(3)提出利用解码转发ORS/IORS策略以及节点配置分集天线抵抗共道干扰的方案。由于现代无线通信多采用频率复用技术来提升频率利用率和通信容量,所产生的共道干扰对无线通信的影响不亚于噪声和信道衰落。研究了解码转发ORS/IORS协作通信中期望信号遭受随机共道干扰在干扰受限、干扰和噪声共存等情形,以及节点配置分集天线的协作通信性能。理论与仿真结果表明,在全网总功率约束条件下的解码转发ORS/IORS能够有效抵抗共道干扰,解码转发IORS相比解码转发ORS具有更高的频谱效率和更小的中断概率,结合天线分集技术可以进一步改善协作通信性能。(4)提出采用解码转发和放大转发ORS/IORS策略构建中继节点随机分布的协作通信网络的方案。针对实际无线通信网络中的节点,如移动用户,在某一地理范围内的分布的个数、位置以及是否参与协作具有一定的随机性,使得通信网络规模和拓扑随机随时变化,导致现有诸多协作通信策略难以实现或者实现起来开销巨大的问题,提出基于随机和随机几何理论的解码转发和放大转发IORS/ORS协作通信模型并进行理论推导和仿真分析。理论与仿真结果表明,当参与协作的中继节点个数满足泊松分布或者当中继节点在某一地理区域满足二维齐次泊松点过程分布,且信号经历路径损耗、共道干扰、衰落和阴影等因素的影响时,该方案在实现协作分集增益的同时可以通过均衡天线增益和网络规模等手段减小节点随机性的影响,有利于扩大网络覆盖范围、延长网络寿命、改善移动性和布局临时协作网络。