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为了能更好地提高蜂窝小区边缘用户的服务质量，扩大蜂窝小区的覆盖范围和提高蜂窝移动通信网络的系统容量，协作中继技术已经作为一项关键性技术载入下一代蜂窝移动通信系统的方案。与此同时，为了满足第四代移动通信技术对系统容量的高要求，多输入多输出(MIMO，Multipie Input Multipie Output)技术能以其在增加系统容量同时获得分集增益方面独特的优势，受到当前无线通信领域的普遍关注。因此，多输入多输出中继技术(MIMO Relaying)作为MIMO与协作中继通信技术两种技术的结合，必然成为未来无线通信系统中需要重点考虑的一个技术研究方向。
在本文中，首先介绍了协作中继与MIMO多天线技术的基本原理及研究现状，主要介绍了协作中继技术当前主流的两种转发方式(放大转发和译码转发)，几种基本的中继系统模型和MIMO多天线系统的系统模型。本文结合了MIMO与协作中继技术建立了两种基本的系统模型：MIMO协作单中继系统模型和MIMO协作多中继系统模型，然后在这两种系统模型下主要进行了以下的研究：
在MIMO协作中继系统中，分析了可以实施的几种低复杂度的天线选择策略。在MIMO协作中继系统中，分析了理想天线选择策略、SR&RD天线选择策略和SD&RD天线选择策略，并分别具体对中继采用不同转发方式下的天线选择方案进行了细化。
分析了MIMO协作单中继系统的中断概率和分集度情况。考虑了几种不同的天线选择策略下，分别对采用放大转发(AF，Amplify andForward)中继方式和译码转发(DF，Decode and Forward)中继方式下的MIMO协作单中继系统的中断概率进行了理论分析和数值仿真分析。在放大转发中继方式下，分析得出了一种次优的SRD&SD天线选择策略，能够和最优的天线选择方式获得近似的中断概率性能，而又降低了系统的复杂度，并通过仿真结果证明了次优策略在系统中断概率性能上优于另外两种低复杂度天线选择策略。在译码转发中继方式下，在理论分析上得出了选择译码转发和固定译码转发两种传输方案下，系统在高信噪比条件下的渐近中断概率闭式表达式，并通过仿真结果得出了SR&RD天线选择策略适合于固定译码方式，而SD&RD天线选择策略适合于选择译码方式。
分析了MIMO协作多中继系统的平均中断概率和分集度情况。考虑在MIMO协作多中继系统中多中继的情况，在传输方案中采用了中继选择策略，以减小中继对系统正交信道资源的占用；在对放大转发方式下的理论分析中，推导了系统的渐近平均中断概率的上、下界来逼近其系统平均中断概率，通过仿真对比得出了系统的渐近平均中断概率和分集度情况。