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多天线技术是对抗衰落的一项重要手段。实际中,由于体积、能耗等条件的限制,大多用户设备很难在较小的空间中配备多个天线。协同通信技术通过用户间彼此共享资源,获得空间分集增益,有效提高系统传输性能,因而,近年来受到了无线通信领域广大学者的广泛关注。在多中继场景中,相比较多个中继节点都参与协同通信的策略相比,单中继选择技术不仅可以充分利用所有信道状态信息(CSI),达到全分集的传输特性,有效的提高系统性能,而且可以较大的降低系统的复杂度。 本论文就是围绕着协同通信系统中的单中继选择而展开的,其主要研究内容如下: 首先,在源节点和目的节点之间能够直接通信的场景下,对被动和主动机会中继的中断性能进行了研究。详细地给出了两种中继选择策略在不同的协议下的数据传输过程及性能分析。最后通过数值仿真得出,在固定解码转发(FDF)和增强型解码转发(IDF)协议下,被动机会中继的中断性能明显优于主动机会中继的中断性能;在采用选择性解码转发(SDF)协议时,虽然在中继个数较少的情况下,存在主动机会中继的中断性能优于被动机会中继的可能,但是在大多情况下,被动机会中继性能更优,尤其在中继个数较多的情况下,该优势更加明显。 考虑到无线信道的时变特性,在中继选择时的CSI与数据转发时的CSI可能不同,因此,有必要研究利用过时CSI进行中继选择时,对系统性能的影响。首先,在主动和被动机会中继选择的基础上,提出了机会中继优先转发和直接重传优先转发协议,推导了这两种协议利用过时CSI进行中继选择时,中断概率的闭式表达结果,并利用高信噪比(SNR)下的中断性能近似分析结果,得到在利用过时CSI进行中继选择时的最大分集阶数为2。最后,通过理论分析和和数值仿真得出,源节点直接重传优先转发协议的中断性能优于机会中继优先转发协议的中断性能,被动机会中继的中断性能优于主动机会中继的中断性能。 接着,对模拟物理层网络编码(ANC)下的双向中继(TWR)选择策略进行了研究。首先,在各终端发射功率不同的情况下,给出了俩源节点接收到的瞬时SNR紧逼近上限,并根据该紧逼近上限,提出了一种各信道相互独立的新的TWR选择标准。在该标准下,给出了一种利用分布式定时器进行中继选择的TWR选择方法。在Nakagmi-m信道场景下,推导了该中继选择策略的中断性能紧逼近下限,并给出了在所有形状参数为1时的中断性能最优的功率分配的精确表达结果。又在多源多中继系统中,提出了最优的源-中继对的选择策略,并分析了其相关性能。最后,通过数值仿真验证所提中继选择准则能够达到中断最优。 然后,在采用物理层网络编码(PNC)时,提出了一种后验的最大最小(Max-min)中继选择策略。在该方法中,首先,中继利用俩源节点分时发送的控制帧进行相关CSI估计。然后在多址接入在(MA)阶段结束时,在能够解码的TWR集合中运用Max-min中继选择准则进行选择。在独立但不同分布的Reyleigh衰落信道环境下,推导了该中继选择方法在不同机制下的中断概率的精确闭式表达和高SNR下的近似结果。在渐近分析的基础上,给出了分集复用折中(DMT)性能。另外,还给出了在采用叠加码(SC)机制时,中继发射功率分配系数的最优分配方案。最后,通过实验仿真验证了本文所提方法及分析结果的正确性,并得到在不对称中继网络中,采用最优发射功率分配系数下的SC转发性能非常逼近比特级异或(BitwiseXor)编码转发的中断性能。 最后,研究了在所有节点之间都存在传输路径的场景下,俩源节点进行数据交换时的传输策略。在该场景下,提出了自适应机会转发协议,在该协议中,根据俩源节点反馈的控制帧,中继自动选择最优的传输模式。在只有一个源节点能够解码时,采用了重传模式和单向解码机会中继竞争的策略。相比较其它转发协议,由于采用自适应的转发模式,该自适应机会转发协议可以最大限度的降低系统转发的复杂度,提高系统的中断性能。通过理论分析和数值仿真验证了该协议的优越性。