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在无线通信系统中,无线信道的衰落特性是影响系统性能的重要因素,协作中继技术可以有效地对抗信号衰落,扩大信号覆盖范围,提高链路传输质量,因而得到了广泛的关注。在半双工模式下,传统的OWRS （One-Way Relaying System,单向中继通信系统）在具有以上优点的同时,也带来了频谱效率（Spectrum Efficiency）的损失。在相同的信道资源（如时隙、频率、码字等）的条件下,TWRS（Two-Way Relaying System,双向中继通信系统）可以在两个信源之间完成信息的双向传输,从而提高了频谱效率。AF（Amplify-and-Forward,放大转发）协议不要求中继对信号进行编解码,只需要对信号进行放大和广播,具有设备复杂度低,软件算法简单,性能良好等优势,从而获得了广泛的应用。功率是无线通信系统中的宝贵资源,在实际的约束条件下进行PAS （Power Allocation Scheme,功率分配方案）的讨论和设计,以最优化系统的某一项性能指标,或使系统的若干项性能指标达到联合最优,从而最大限度地发挥功率资源的作用,提高功率效率,是重要的研究课题。由以上分析可以看出,对具体应用场景中的信号传播环境进行建模,并针对衰落信道下的AF-TWRS系统开展精准的性能分析和有效的性能优化工作,具有重要的现实意义。本文的主要研究内容总结如下:（1） AF-TWRS 系统采用不同的 AP （AmplificationPolicy,信号放大策略）时端到端链路性能的研究。针对AF协议中典型的四种AP 即 VG （Variable Gain,可变增益）策略,FG （Fixed Gain,固定增益）策略,MA-1 （Mixed Amplification Type-1,第一类混合放大）策略和MA-2 （Mixed Amplification Type-2,第二类混合放大）策略,本文研究了 AF-TWRS系统在采用不同AP时端到端链路的等效SNR（Signal-to-Noise Ratio,信噪比）,发现可以将它们概括为一个统一的表达式,提出采用统一的方法研究系统的端到端性能。在此基础上,我们研究了工作在MFS-Ri/Ra即混合莱斯/瑞利衰落环境下的AF-TWRS 系统,将不同 AP 下系统的 E2E-OP （End-to-End Outage Probability,端到端中断概率）表示成了统一的公式,降低了系统性能研究与评估的复杂度。（2）不对称VG-TWRS系统在MFS-Ri/Ra混合衰落环境下的性能分析与优化研究。首先,本文推导出了系统的E2E-OP和O-OP（Overall Outage Probability,整体中断概率）的精确表达式和高SNR条件下简化的渐近表达式,并采用带有KKT条件的拉格朗日乘子法得到了两类约束条件下最小化系统E2E-OP和O-OP性能的最优PAS（Power Allocation Scheme,功率分配方案）的封闭表达式。其次,通过詹森不等式和近似分析法得到了系统EC （Ergodic Capacity,各态历经性容量）的性能下界和高SNR条件下的近似表达式。由于很难得到最大化系统总容量的PAS的封闭表达式,本文在仿真实验中采用穷举式数值算法获得了近似解。最后,本文将MFS-Ri/Ra扩展为MFS-Ri/Na即混合莱斯/Nakagami-m衰落环境,使理论结果更具代表性和适用性。（3）不对称FG-TWRS系统在MFS-Ri/Ra混合衰落环境下的性能分析与优化研究。对于系统的O-OP,采用划分积分区域的方法,推导得到了其精确表达式、性能上界及在高SNR条件下的渐近表达式。对于系统的EC性能,通过詹森不等式来简化分析,推导得到了性能下界和高SNR条件下的渐近表达式。由于现阶段无法获得最小化系统O-OP,或最大化系统总容量的最优PAS的封闭表达式,因此在保证一定精度的条件下,本文在仿真实验中采用数值算法得到了最优方案的近似值。（4） AF-TWRS 系统在 TWDP （Two-Wave with Diffuse Power,双径散射）信道条件下的性能分析。首先,推导得到了 FG-TWRS系统和VG-TWRS系统中E2E-OP性能的精确表达式。由于包含多重级数,虽然对其进行有项限级数截断（Finite-Term Truncation）不会损害计算精度,但是具有较高的复杂度。针对这一问题,基于高斯-契比雪夫公式,本文给出了一种简便的数值算法,有效地评估系统的E2E-OP性能。其次,本文研究了不对称VG-TWRS系统的O-OP性能,采用图形化的方法分析了性能的精确性能,并通过增大或减小积分区域的方法,得到了精确性能的上界和下界。最后,在高SNR条件下,本文推导得到了 TWDP信道的CDF函数的一种新的近似表达式,可简化计算和更深入地观察各参数对系统性能的影响。综上所述,针对不同的应用场景,本文从系统精确性能的推导入手,以高SNR条件下系统渐近性能的分析作为桥梁,以最优化系统性能的功率分配方案为最终目的,对AF-TWRS系统展开了深入的研究,并通过仿真实验证明了理论分析的正确性。