水下无线通信在海洋环境监测、灾害预警、资源勘测、水下目标发现等诸多领域具有广阔的应用前景。传统的水下信息无线传输采用声波通信技术,虽然它具有传输距离长、性能相对可靠等优势,但存在带宽窄、数据速率低、传输时延长等不足,无法满足高分辨率图像采集和实时视频获取等大数据量、高速业务的传输需求。而基于蓝绿波段光波的水下无线光通信技术具有带宽高、数据速率大、时延低、抗干扰能力强、保密性好等优点,近年来引起了学术界和工业界的热切关注。光波在海水中吸收和散射严重,导致水下无线光信号的传输衰减大,传输距离受限。协作通信利用中继实现多跳传输,可有效扩大端到端的通信距离,改善通信系统性能。协作通信在陆地射频通信领域应用广泛,技术相对成熟。但是,由于水下环境复杂、影响通信性能的环境因素众多,而且水下无线光通信的信道及系统与陆地射频通信有很大不同,难以将现有的协作通信技术直接应用于水下无线光通信领域。因此,研究水下无线光通信的协作传输技术,具有重要的科学意义和实用价值。论文在充分调研国内外相关研究进展的基础上,对基于太阳辐射噪声和海洋湍流信道水下无线光协作通信的性能分析,单用户、多用户多中继、多跳传输等多种协作网络模型的中继部署和功率分配等问题,进行了深入系统的研究,具体完成的创新性工作如下。(1)针对受太阳辐射噪声和对数正态分布海洋湍流影响的水下无线光协作通信,研究得到了基于水下视距和非视距两种无线光链路的放大转发和解码转发方案的信噪比,并推导了基于对数正态分布的海洋湍流信道下单向、双向多跳传输系统的中断概率。通过数值计算结果,分析了太阳辐射噪声和海洋湍流对水下无线光协作系统性能的影响。(2)针对基于放大转发的单用户协作通信网络,考虑吸收、散射和太阳辐射噪声等影响,提出了优化网络能耗和优化系统信噪比的两种功率分配策略。首先,证明了该两种功率分配问题均为严格拟凸问题;然后,基于Levenberg-Marquardt算法编程求出了最优解;最后,将其应用于水下视距和非视距链路协作网络,仿真验证了两种功率分配算法的有效性,并重点分析了太阳辐射噪声、光源发散角等因素对系统性能和功率分配性能的影响。(3)针对基于解码转发的多用户多中继网络,考虑对数正态分布的海洋湍流影响,提出了一种联合中继匹配和功率分配策略。将联合优化问题建模为混合整数规划模型,设计了中继匹配和功率分配交替优化联合求解算法。其中,将中继匹配子问题建模为完全二分图的加权匹配问题,设计了改进的Kuhn-Munkres求解算法;而功率分配子问题,证明了其在一定条件下是拟凸问题,设计了迭代二分法求得其全局最优解。仿真结果表明,该算法能优化系统的中断概率、提高收敛速度。(4)针对水声和水下无线光通信混合组网,提出了水下声/光混合链路的多跳传感网络架构和一种自适应的水面中继部署算法。设计了附属节点发现算法,用来计算多跳传输网络的节点分布系数;应用模糊聚类理论,设计了自适应水面中继部署算法,可自动调整水面中继节点数量。仿真结果表明,该算法能节省网络能耗,减少水面中继节点数量,从而降低网络建设和运维成本。