随着人们对无线通信需求的迅速增加,如何为用户提供泛在的、高速的数据分组业务是无线蜂窝网络亟需解决的问题。虽然LTE系统在3G系统的基础上容量有了很大的提高,但是它仍然无法满足IMT-Advanced系统的要求。为了进一步提高LTE系统的性能,3GPP在2008年5月确定了LTE-A技术的需求,并开始着手对其进行标准化工作。可以说LTE-A系统是3GPP将LTE技术向着“高数据速率、低延迟、全覆盖和优化分组数据应用”方向演进的结果。为了达到LTE-A系统需求,3GPP提出了中继传输、载波聚合和多点协作等关键技术。其中,中继传输技术不仅能够扩大小区的覆盖,改善热点地区和消除盲点地区,而且能够增大边缘用户的通信容量,提高整个小区的通信性能,因此得到了广泛的关注和大量的研究。中继的引入使得蜂窝网络的结构有了一定的改变,用户不但可以通过基站接入网络,而且可以通过中继站接入网络。中继站为了能够服务两跳用户,需要具备一定的处理和转发功能并通过空口资源与基站进行通信。这就意味着系统需要分配一部分资源用于backhaul链路的数据传输。除了网络结构的改变以外,无线信道链路特性也有了一定的改变。在实际系统中,中继站的放置高度比基站的放置高度低很多,所以中继到用户的无线接入信道与传统的接入信道在时域、频域和空域方面会有一定的不同。更明显地,基站到中继站的无线backhaul信道很有可能存在LoS,而且考虑到发射机与接收机之间没有相对运动,所以基站到中继站的无线链路将与传统蜂窝系统中的无线链路有着很大的区别。因此,我们需要根据中继系统中无线信道的特性,选择和开发有效的技术来提高无线信道的通信容量。多天线技术是利用无线信道空间特性来提高信道容量的有效方案,我们在考虑使用分集和复用技术的同时,提出了SDMA技术方案来提高backhaul链路的通信容量。中继的引入在改变网络结构的同时,也使得系统的无线资源需要重新分配,以提高资源的利用率。一般来说,Access Zone的无线资源划分方式分为两种：正交资源划分和复用资源划分；中继的控制方式也分为两种：集中式控制和分布式控制。在正交资源划分的集中式中继系统中,如何分配中继站和基站在Access Zone中使用的资源量是一个重要的问题。为此,我们提出了基站用户比例的资源分配方案和基站用户平均吞吐量的资源分配方案,并对两种方案的性能进行了仿真评估和比较。在复用资源划分的集中式中继系统中,如何把Relay Zone中资源分配给一跳用户和中继站是一个重要的问题。为此,我们提出了基于链路质量资源分配法则和基于中继用户Buffer积压资源分配法则。根据目前的标准化情况来看,分布式中继系统中很有可能只使用复用资源划分方案,因此,我们只对复用资源划分的分布式中继系统进行了研究。在研究资源分配的过程中,我们将轮循、最大载干比和比例公平这三种传统的调度算法扩展后分别应用到集中式中继系统中和分布式中继系统,并对它们的性能进行了系统级仿真评估。同时,我们提出了基于有限反馈的比例公平调度算法,能够有效的降低上行回传链路的反馈开销,更适应于实际的系统。本论文的结构如下：第一章简要的介绍了蜂窝通信的发展以及LTE-A系统的需求和达到需求所用的关键技术。第二章介绍了信道的建模方式和LTE-A中继系统的信道模型,并根据LTE-A中继系统的backhaul链路信道特性,并出了相应的多天线技术方案。第三章对LTE-A中继系统中的关键技术进行了介绍,包括多址技术、链路自适应技术、无线资源划分技术和接入切换技术,其中重点研究了无线资源划分技术。第四章将轮循、最大载干比和比例公平这三种经典的调度法扩展到集中式中继系统中,同时还提出了基于有限反馈的比例公平调度算法,并对它们的性能进行了仿真评估。第五章研究了分布式中继系统中的资源分配算法,并提出了Access Zone和Relay Zone的调度法则；同时还仿真评估了中继密度、中继发射功率和backhaul链路质量对系统性能的影响。