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无线频谱资源的匮乏严重制约了无线通信的发展。因此,当前对通信技术的研究大多以提高频谱利用率为目的。多输入多输出(Multiple Input Multiple Output, MIMO)技术通过发送端和接收端的多根天线,可以得到分集增益和空间复用增益,既改善了通信质量又提高了系统容量。物理层网络编码(Physical Layer Network Coding, PNC)利用电磁波传输特性自然地对传输信号进行编码,可以实现信号的双向传输,与传统的中继技术相比,提高了系统的吞吐量及频谱效率。所以,考虑将上述两种技术结合,网络的频率利用率和吞吐量得以进一步提高。本文的研究重点是无线多跳网络中MIMO和PNC的融合机制,主要包括支持PNC的信号空间对齐、消除用户间干扰的预编码设计以及信号空间对齐约束条件不匹配时的中继接收天线与预编码向量联合优化选择方案。本文在分析和总结现有研究工作的基础上,首先将用于PNC研究的经典双向中继信道拓展到多用户的单中继多向信道,并对单中继多向信道展开了分析和研究,主要的研究内容和贡献如下：1)首先对单中继多向信道系统进行建模,提出了支持PNC的无干扰的两个时隙的传输方案。在已知精确信道状态信息的条件下,通过用户节点的预编码设计实现信号空间对齐,并结合中继检测设计,获得了支持PNC的叠加信号。然后,再分别通过中继节点和用户节点的预编码设计和检测设计,实现了用户间无干扰的信息传输。2)对传输方案中的基于信号空间对齐的预编码进行了研究,得出了其存在的约束条件和可获得的选择自由度。同时,对该信道模型的误码率性能进行了分析,得出了端到端信息流可获得的分集增益和系统可达的自由度。仿真结果验证了本文提出的结论。3)针对中继天线数不满足基于信号空间对齐的预编码存在的约束条件的场景,提出了中继接收天线与预编码向量联合优化选择方案。由于预编码向量与接收天线子集密切相关,两者单独优化选择会损失系统的整体性能。我们提出的方案不仅降低了预编码向量选择的复杂度,还保证了系统的整体通信质量。