现代社会人们对通信质量的要求越来越高，移动无线技术也日新月异的高速发展。在无线通信系统中，发送端采用多天线技术可增大点对点传输速率，同时采用空时编码技术可获得分集增益，用以对抗时间选择性衰落对传输可靠性的影响。但是，由于通信终端的体积限制，为小体积的通信终端安装多根天线难以实现。近年来，一种新的实现空间分集增益的技术得到快速的发展，成为协同分集（cooperative diversity）。为了利用分集改善用户上行传输的可靠性，协同通信自提出以来作为通信网络传输强有力的技术而受到广泛关注。在未来LTE-Advanced蜂窝网络中，协作中继技术作为其关键技术之一将起到进一步提升系统容量、扩大小区覆盖范围的重要作用。对于蜂窝网络而言，中继站的部署带来了许多新的特征，它们都将对系统性能造成影响。本论文以蜂窝通信网络为主要研究场景，就协同中继通信在系统中的性能进行研究，对如何分析系统的工作原理机制，仿真分析系统性能，在遇到多中继，怎么样选择协同伙伴保障最有效的通信进行分析和解决。首先详细地介绍了协同通信的相关知识，协同通信在现实中的应用场景，阐述了协同通信的优缺点。主要介绍了协同通信协议中的放大转发（AF）和解码转发（DF）协议，中继信道的特征。然后研究协同通信系统不同协作协议下的信道估计以及协同通信系统中的同步问题，在实际应用模型中仿真分析了在各种通信协议的差错概率和中断概率性能，与直传通信进行了比较。本文还研究了协同通信系统的无线资源管理，分析了几种接入策略以及中继蜂窝系统的切换。对于中继选择策略，给出了最优中继选择策略和次优中继选择策略的仿真分析，同时也正是现实协同通信系统设计时需要考虑的折中。