未来无线通信系统需要支持更高速率,更大容量,以及更广覆盖。协作中继技术能有效抵抗无线信道衰落,提高系统容量,扩大系统覆盖,已成为长期演进增强系统(LTE-A)中的重要候选技术。但由于中继节点的引入,网络拓扑更为复杂多样,无线链路大量增加,无线空间中可分配的资源呈现出多维的态势,无线资源的多维性已经超越了时间、频率、码字、功率的概念,并更多的涉及到了空间特性以及特定技术下的特定优化机制。因此,如何设计具有较低复杂度的多维资源联合优化策略将是学术界和标准化进程面临的重要挑战,同时对于验证中继系统的有效性,可靠性和鲁棒性具有重要意义。基于最大化系统容量的优化目标,本论文从链路级和系统级的角度对两跳中继系统的多维资源分配算法进行了讨论,重点研究了正交频分复用(OFDM)中继系统的两跳均衡策略,资源复用策略和资源调度策略。特别的,针对多入多出(MIMO)中继系统,研究了基于空间特性和调度优先级的多用户分组策略。通过建模和仿真,验证了理论分析的正确性和提出方案的有效性和可行性。首先,针对协作式“三点模型”的中继系统,推导了在放大转发(AF)模式和解码转发(DF)模式下的最优功率分配和最优带宽分配的闭式解,提出了功率／带宽联合优化策略。其次,分析了协作式中继系统在DF和压缩转发(CF)模式下的系统容量表达式,提出了功率／时隙联合优化的算法,比较了时隙、带宽、功率这三者资源优化的性能差别,并验证了多维资源优化方案的优越性。第二,针对OFDM中继系统,首先从链路级的角度提出了空域功率优化,频域功率优化,以及空频二维联合优化三种策略,分别推导了三种算法在AF,DF模式以及非分集和分集情况下的最优闭式解。其次,提出了一种基于速率均衡的两跳载波配对策略,该策略能广泛地适用于各类中继系统,其目的在于以实现多维资源联合优化。仿真表明多维资源联合优化能显著提高系统容量,且两跳载波配对策略能进一步提升系统性能。第三,为提高系统资源利用率以满足未来LTE-A系统的速率需求,从系统级的角度研究了适用于OFDM中继网络的小区内资源复用策略。首先,研究了在无复用和全复用时中继OFDM系统中的干扰分布,并分析了造成低SINR的原因。其次,基于部分复用与两跳均衡思想,提出了一种基于资源重配的部分复用方案(PSR),并研究了其在每小区多中继下的扩展方案。研究表明PSR策略不仅能显著地提升第二时隙直传用户的容量,还能提升后5%用户的SINR,从而达到最大限度提升系统总容量的目的。第四,针对多小区OFDM中继网络,研究了集中式,半分布式,分布式三种调度机制。首先,为提高网络中“饥饿”用户的SINR性能,提出了基于饥饿抑制的贪婪轮询,改进型比例公平,和基于载波配对的两跳均衡调度三种面向公平性的集中式方案。其次,基于减少中继链路反馈量与两跳均衡思想,提出了一种半分布式资源调度策略,该算法的性能优势体现在系统吞吐量和用户满意度上。第三,基于非合作博弈理论,提出了一种分布式的功率分配策略,证明了分布式算法存在并收敛于唯一的纳什均衡点。仿真验证了所提方案的优越性,并比较了集中式,半分布式,分布式三类调度机制的优劣。第五,结合空时码技术(STBC),从链路级的角度讨论了在单中继和多中继情况下的STBC-OFDM中继系统的空域优化,频域优化,以及空频二维联合优化,并再次验证了融合两跳载波配对的多维资源联合优化的优越性。其次,基于多用户MIMO-OFDM中继网络,从系统级的角度提出了一种结合用户空间特性和调度优先级的用户分组策略,该策略不仅复杂度小于传统MIMO系统中的同类方案,并且能在系统容量和用户公平性方面获得较好性能。论文最后对全文进行了总结,并指出了今后的研究方向。