无线传感器网络是一个能量受限的网络，如何使网络系统能量消耗最小化是无线传感网中的一个重要研究课题。将能量受限的单天线传感节点以一定的机理协同起来形成虚拟的多入多出MIMO系统，以此来提高网络系统的频谱效率和能量效率，达到降低系统能耗，延长网络生存周期的目的。　　 本论文重点研究了虚拟MIMO方案和性能、协同分集技术、信道估计技术、功率分配与网络系统能耗等。本文作者以论文的研究思路成功申请了国家高技术研究发展计划(863计划)项目，并作为项目第二负责人全面负责该项目的研究工作，以此为支撑，推动了博士论文研究的深入与进展，取得了一些研究成果，概括如下：　　 首先，结合三层传感网，提出了一种虚拟MIMO方案，并讨论了基于DSTBC和V-BLAST的两种虚拟MIMO方案特点和应用场合；搭建了一套通用的物理层仿真平台；提出了一种更为合理的方案比较方法，用此方法比较了不同天线下的各个方案的性能优劣，得出了一些结论。　　 其次，基于DSTBC的虚拟MIMO结构，通过对各种协同分集方案的深入研究，提出了一种新的协同分集方案，即基于分布式空时分组编码译码转发DSTBC-DF的协同分集方案，设计了适合协同通信的网络协议，并讨论了协同同步与伙伴分配算法，仿真验证了新方案的有效性。　　 再次，分析了低空地表无线信道的特点，研究了瑞利多径信道相关理论；对基于频域二阶统计奇异值分解的盲估计方法进行了推导，并对利用恒定指数来消除信源信号转换模糊的方法进行了改进，同时提出了对互信道元素并行估计的新方法，仿真验证了新方法有更好的估计效果。　　 然后，基于V-BLAST的虚拟MIMO结构，提出了KKT条件法和等信干比方法的自适应功率分配方法，解决了文献中Lagrange极值法在迭代过程中出现负功率系数的问题，并分别改进了ZF-SIC和MMSE-SIC两种检测算法；基于DSTBC的虚拟MIMO，利用块正交的STBC方案，提出了自适应功率分配的最优和次最优加权的的方法。仿真结果验证了上述几种新算法的有效性。　　 最后，分两种场景分别研究了基于V-BLAST的虚拟MIMO系统和基于DSTBC的虚拟MIMO协同分集系统的能耗情况，仿真结果表明两种虚拟MIMO系统相比SISO系统能耗均有较大的节约。　　 通过本论文的研究，验证了基于两种虚拟MIMO方案的无线传感网，在相同条件下相比传统的无线传感网都有更高的能量效率，并从物理层为无线传感网节能提供了有效途径，对加速无线传感网的发展与应用无疑有重要意义。