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协同通信技术，是利用无线网络中的多个节点之间相互协作或者加入专门的中继节点，实现传输路径共享。其具有如下特点:(1)扩大小区覆盖范围，改善小区边缘或盲区用户的通信质量;(2)提供协作分集增益，改善用户接收的信噪比和系统的吞吐量;(3)部署简便，有效地降低增加基站所带来的成本开销。因此协同通信接收已经被国际标准化组织确定为下一代移动通信系统的关键技术之一。 为了提升协同通信的系统的性能，本文针对现有系统存在的问题，提出了若干协同通信的性能增强技术，并从理论上定量地分析了这些技术方案。 (1)时变信道下，中继选择性能损失问题。传统的中继选择技术，都是假定信道信息为理想的。然而实际系统中由于信道时变性的影响，使得中继选择时的信道和随后数据传输时的信道不同，即信道信息是过期的。本论文在过期信道信息下，定量研究采用传统中继选择时中继网络的误符号率和各态历经容量。结果显示，过期信道信息会严重恶化系统性能。因此，本文提出了一种加权中继选择技术，即引入加权因子以表征信道的可信度。基于最小化中断概率准则，最优的加权因子被理论得出，并且分析结果表明，加权中继选择技术将显著提升系统性能。 (2)多对双向中继网络中用户对间干扰问题。为了提升频谱效率，多组用户对可以共享一个中继进行数据的交互。然而，用户对间会存在相互的干扰而降低系统性能。本论文中，将超大规模天线阵列技术引入到中继网络中，即中继装备有数十上百根天线，同时同频地服务多组单天线的用户对。在不同的波束赋形方法和不同的功率缩减方案下，当天线数目趋近于无穷大时，系统的渐近频谱效率和渐近能量效率被定量得到。研究结果表明，超大规模天线技术可以有效地消除用户对间的干扰，并且还具有平均化信道小尺度衰落，降低发射功率等优点。 (3)传统双向中继网络频谱利用率低下问题。双向中继采用了网络编码技术，因此比单向中继提升了一倍的频谱利用率。然而，传统的双向中继网络中，每一个节点仍然是半双工节点，这限制了系统性能的进一步提升。本论文将同时同频全双工技术引入双向中继网络中，即每一个通信节点都被升级为全双工节点。并定量分析在存在残余全双工自干扰的情况下，全双工双向中继网络的误码率、各态历经容量和中断概率等。基于此，本论文研究了最优的双工模式选择问题及功率分配问题。研究结果表明，当残余自干扰较小时，全双工双向中继将比半双工双向中继获得显著的性能提升。