反向散射技术是实现绿色物联网大规模灵活部署的关键技术之一。在环境反向散射通信技术中,传感器首先采集环境中已有射频信号的能量,然后通过简单的阻抗调制将射频信号反射的方式来与接收机通信,这不仅可以让传感器免于部署有源射频部件和摆脱电池的束缚,进而大大降低传感器维护成本,而且可以在无需部署专用基础设施的情况下实现频谱资源共享,是一种低成本、低功耗通信技术,在短距低速物联网场景中有着重要应用。不同于实现单个设备数据传输的环境反向散射,大规模反向散射可以同时反射多个设备的数据。作为大规模反向散射通信技术的一种实现方式,可重构智能表面通过改变入射信号的相位、幅度和频率等信息可智能地控制无线电传播环境,进而提升能效,扩大通信范围并增强通信质量,可应用在远距高速物联网传输场景。因此,本文将以环境反向散射通信和大规模反向散射通信为主线,围绕反向散射通信系统的链路特性、系统可靠性、通信速率、信道物理参数获取、检测性能等问题,采用模型建立、算法设计、理论分析及仿真验证等手段,开展了信道统计特性提取、系统中断、信道容量、信道估计和平均符号错误率等方面的分析和研究,以从整体、宏观的角度认识和把控反向散射系统,从而为未来系统设计、部署和优化提供理论指导。论文的创新性工作主要包括以下几个方面:（1）在环境反向散射系统中,针对无法使用点到点信道准确建模等价合成信道和确切的中断性能尚未被研究这两个问题,分析了实高斯和复高斯两种端到端信道模型下合成信道的统计特性和系统的中断性能。首先推导了有效信道和信噪比的概率密度函数,然后从信噪比出发求解了中断概率的闭合解。考虑到闭合解无穷多项求和的复杂性,进行了错误限分析来估计有限项求和所需的截断项数,并获得了高信噪比下简化的渐近中断概率。结合截断项数估计和渐近中断概率的可靠性评估算法,甚至只需使用两项求和操作便可快速求出中断概率,并且不受检测机制影响,更具通用性。最后仿真验证了分析结果的正确性和设计方案的有效性。（2）针对现有环境反向散射通信系统容量研究假设只能执行简单操作的标签调制复杂的高斯信号这一问题,研究了无源标签调制二进制数据和射频源分别调制高斯信号和相移键控信号时的信道容量。考虑到系统的离散输入连续输出性,首先设计了不同射频信号下阅读器接收信号区间划分策略,随后计算了求解互信息时所需要的概率,最后基于最大化互信息并通过合理设置区间长度求解了容量。研究发现,信道容量不一定在标签等概率反射射频信号时实现,这可为系统设计提供指导。（3）针对现有估计方法存在获取射频源信号状态、射频源信号分布和信道分布困难这一问题,考虑到多天线带来的分集增益,设计了多天线阅读器环境反向散射通信系统中不依赖这些信息的信道估计方案。当天线数比较少时,利用无源反射设备标签通信速率低的特点,设计了基于接收信号协方差矩阵特征值分解的信道估计算法;当接收机天线数目很多时,用增益和到达角来表征信道,首先通过利用少量导频资源获取了信道估计初始值,然后结合角度旋转技术和离散傅里叶变换操作可估计出信道增益和角度信息,大大降低了基于特征值分解的估计算法的复杂度。最后结合设计的标签反射机制,可估计出不同状态下的信道参数。为了评估基于离散傅里叶变换的信道估计算法的性能,推导出到达角估计和信道增益估计的克拉美罗界的闭合表达式。最后仿真验证了分析结果的正确性和设计方案的有效性。（4）为解决传统反向散射通信受制于环境不可控这一问题,构建了基于可重构智能表面调制二进制信息的反向散射通信系统模型。系统中反射链路因遭受双重级联衰落影响,使得其带来的性能增益可以忽略不计。为解决这个问题,分析了该系统中反射链路在复合链路中占据主导地位的可能性。通过反射链路增益大于直接链路增益的概率描述这种可能性,首先推导了可重构智能表面执行完美相位调节下合成级联链路基于Gil-Pelaez引理的准确统计特性、基于中心极限定理的高斯分布近似特性和基于拉盖尔级数的伽马分布近似特性,随后评估并比对了完美相位和随机相位调节下的概率。研究发现,通过合理配置可重构智能表面可使反射链路完全占据主导地位,进而同时增强直接链路信息和反射链路调制数据的传输。（5）针对传统反向散射系统通信距离受限问题,提出了基于可重构智能表面辅助的反向散射通信系统,并分析了该系统在智能相位调节和随机相位调节场景下的符号检测性能。通过中心极限定理研究了链路信道相关和相互独立两种情况下的链路和信噪比特性,随后求解了接收信噪比的矩母函数,最后基于矩母函数这一通用数学框架求解了平均符号错误率及其上界。研究发现,相比有源放大转发中继辅助的反向散射通信,执行智能相位调整下的无源可重构智能表面辅助的通信可获得更好的检测性能增益。