临近空间平台通信系统由于具有视距路径损耗小、传播延迟小、系统建设成本低、便于更新维护、机动灵活等优点，成为当今无线通信领域研究的一个新热点。然而，在单个平台的低仰角覆盖区内，下行链路信道往往处于深衰落状态，严重影响了这一区域的通信性能。通过多个平台在低仰角区形成重叠覆盖，运用协同传输与组网技术可以有效改善该区域的通信性能。本文以利用协同传输和组网技术来提升低仰角重叠覆盖区内临近空间平台通信系统下行链路通信性能为研究方向。主要研究内容如下：首先，对临近空间平台通信系统的信道传播机制进行分析，并在国内外有关临近空间平台通信信道特征研究工作的基础上，建立了临近空间平台通信信道模型，提出使用协同传输技术来改善临近空间平台低仰角重叠覆盖区的下行链路的通信性能，针对两种不同的协同传输实现方案——协同空时编码和协同波束成形进行了对比研究。结果表明，与协同空时编码传输方案相比，协同波束成形传输方案能够获得额外的阵列处理增益，从而拥有更好的误码率性能。然后，本文深入研究了适用于临近空间平台通信系统的协同波束成形技术。为了使临近空间平台获取下行链路的信道状态信息（Channel State Information,CSI），从而算得波束成形加权系数，本文在分析临近空间平台通信系统工作环境的基础上，重点研究了基于信道预测和有限反馈的协同波束成形技术。针对基于信道预测的协同波束成形技术，提出采用卡尔曼滤波信道预测算法对CSI进行预测的方案，并通过仿真实验，验证了信道预测方法能够有效应对地面终端高速运动所造成的反馈延迟的影响，从而增强临近空间平台协同通信系统的鲁棒性。针对基于有限反馈的协同波束成形技术，提出接收端采用标量量化和矢量量化相结合的CSI量化策略，并通过仿真实验，得到了信道反馈总比特的最优分配方案。最后，本文为配合物理层协同波束成形技术的实现，提出了一种MAC层双平台协同MAC协议。该协议能够利用各临近空间平台上的空闲时隙并充分发挥协同波束成形技术的优势，从而提升了吞吐量、端到端延时以及丢包率等网络性能。通过搭建OPNET仿真平台并进行仿真实验，验证了该协议的有效性。