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衰落是影响无线通信质量的主要因素,而分集是无线通信中用来抵抗衰落的一种有效方法。中继协作通信通过空间分集来有效抵抗衰落,因此近年来受到广泛的关注和重视。对于中继协作通信,因全双工中继模式实现复杂度高,已有研究大多采用半双工中继模式,但是半双工中继模式降低了系统的频谱效率。采用了网络编码的双向中继能够明显地提高中继协作通信的频谱效率。目前关于网络编码双向中继的研究有很多问题待解决或完善,因此本文针对网络编码双向中继协作通信系统进行研究。本文主要内容包括：1)解码转发双向机会中继(Decode-and-Forward Two-Way Opportunistic Relaying: DF-TWOR)系统的性能分析。建立了DF-TWOR系统的中断概率和各态历经容量的解析分析方法,获得了最大最小中继选择、随机中继选择和直接发送三种中继选择方案下的系统中断概率、各态历经容量和平均双向各态历经容量的闭合表达式(或上下边界)。然后基于上述性能分析,提出了平均双向互信息最大中继选择方案,并推导出该方案的系统中断概率和平均双向各态历经容量的闭合解。理论分析和仿真表明,提出方案与其它典型方案的中断概率相当,而平均双向各态历经容量得以提升。2)放大转发双向机会中继(Amplify-and-Forward-Way Opportunistic Relaying: AF-TWOR)系统的符号错误率解析分析和最优功率分配方案设计。论文基于AF-TWOR系统的数学模型,推导了等价接收信噪比的概率密度函数、累积分布函数和矩量母函数的闭合表达式。根据上述统计特征量建立了AF-TWOR系统的平均符号错误率的解析分析方法,通过使用合适的近似,获得无最优功率分配时AF-TWOR系统总的平均符号错误率的闭合表达式。最后,为了使系统平均符号错误率最小,给出了总发送功率约束条件下的最优功率分配方案。仿真结果表明最优功率分配比无最优功率分配的系统符号错误率性能好。3)AF-TWOR系统的联合自适应调制中继选择方案设计。首先,在AF-TWOR系统中,通过将自适应调制与传统的最大最小(Max-Min:MM)中继选择方案、最大调和平均值(Maximum Hamonic Mean:MHM)中继选择方案相结合,提出了两种新的中继选择方案,分别是联合自适应调制最大最小(Jointed Adaptive Modulation Max-Min:AM-MM)中继选择方案和联合自适应调制最大调和平均值(Jointed Adaptive Modulation Maximum Harmonic Mean:AM-MHM)中继选择方案。然后,通过理论分析获得AM-MM方案和AM-MHM方案的系统平均符号错误率的近似上界解析表达式。数值分析结果表明,提出的联合自适应调制中继选择方案可以显著地改善系统的平均符号错误率性能。4)多天线多中继的放大转发双向中继(Amplify-and-Forward Two-way Relaying:AF-TWR)系统的预编码和解码联合方案设计。提出了一种预编码和解码联合方案,其研究目标是在发送功率约束条件下,采用最小均方误差(Minimum Mean Square Error:MMSE)准则对源预编码、中继预编码和接收端解码进行联合优化。首先把研究目标建模为关于预编码、解码矩阵的非线性约束最优化问题,然后将该主最优化问题分解成四个子问题,使用一个包含四个子问题的收敛的迭代算法来解决主最优化问题。此外在问题求解过程中提出了一种简化的运算方法来减小计算复杂度。研究结果表明,所提出的预编码和解码联合方案可以获得比其它方案更低的误码率和更高的传输速率。