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随着无线通信技术的快速发展,协作通信技术因其能够有效地克服无线信道衰落、提高无线传输的可靠性和扩大无线网络的覆盖范围而受到人们的广泛关注。经过近10年发展,协作通信技术已经发展成包括网络编码、机会中继、协作感知等在内的综合的现代无线传输技术。与此同时,叠加编码技术通过对不同信号的分层编码和调制,可以有效地提高系统吞吐量。如果将叠加编码应用到协作通信系统,且与网络编码技术联合使用,将不仅拥有协作通信技术和叠加编码技术的优点,而且还将呈现出更加优良的新的性能特征。论文对基于叠加编码和网络编码的协作通信系统(superposition coding relaying: SC-relaying)进行了研究,主要包括:1)通过高SNR近似,运用适当的数学证明和分析获得了SC-relaying系统基本信号和附加信号的中断概率封闭解析解,以及相应的吞吐量。首先分析了系统信道使用因子的合理取值范围,然后通过最优化分析得到使吞吐量最大的系统参数值,并与参考文献中给出的参数值做了吞吐量性能的比较分析。比较分析结果表明,基于我们优化分析得到的系统参数和合理的信道分配因子,系统的吞吐量得到了明显地改善,同时也说明了论文所得封闭解析解的正确性。2)在前面无信道状态反馈SC-relaying系统模型的基础上,研究了量化信道状态反馈(quantized channel state feedback: QCSF)对分集复用折衷(diversity-multiplexing tradeoff: DMT)特性的影响,重点考虑了在中继-信源(relay-source: RS)链路引入反馈后的RS-QCSF SC-relaying系统。对此模型,在常期(平均)功率约束条件下我们给出了一个新颖的量化信道状态反馈系数双层多级迭代构造规则。基于该反馈系数双层多级迭代构造规则,通过对基本信号DMT特性的研究,获得了基本信号和附加信号功率SNR指数的迭代更新关系和基本信号功率指数初始值的最大值和最小值。与此同时,通过对附加信号中断指数封闭解析解的研究,我们获得了基本信号和附加信号复用增益之间的相互约束关系。3)为了解决双向中继协作系统中的非对称传输问题,通过对两种传统的非对称传输网络编码方案的研究,即分段解噪转发(denoise-and-forward: DNF)网络编码(P-DNF-NC)和补零DNF网络编码(Z-DNF-NC),给出了联合叠加编码和DNF网络编码(SC-DNF-NC)中继协作方案,并给出了这三种方案的速率范围和吞吐量解析解。分析结果表明,通过合理的功率分配,SC-DNF-NC方案可以获得较好的速率范围和吞吐量等性能;并且,在更大的信噪比范围内,SC-DNF-NC方案的吞吐量性能要好于对称传输时基于放大转发和解码转发网络编码方案的吞吐量,接近于对称传输时DNF网络编码方案的吞吐量。4)基于叠加编码和XOR网络编码的联合使用,给出了网络编码感知接收机(cognitive receiver: CR)的概念。并就一线性放置双向四节点无线传输网络,给出了三种不同的联合叠加和XOR网络编码的双向传输方案,即叠加网络编码方案(SC-NC)、联合叠加和XOR网络编码方案(SC-XOR-NC)、和基于感知接收机的联合叠加和XOR网络编码方案(CR-SC-XOR-NC),以及它们各自的速率范围分析。分析结果表明,在这三种方案中,基于感知接收的CR-SC-XOR-NC方案具有较好的速率范围性能。