随着移动用户数量的快速增长及数据业务的飞速发展,下一代无线移动通信网络(5G)对提升频谱效率、能量效率和降低时延等提出了更高的要求。尚未分配的毫米波频段为提升频谱效率开拓了新方向。但由于毫米波依赖于视距传输,在信号发生遮挡的情况下,需要进行多跳转发。协作中继转发被公认为是一种能够有效扩大无线通信网络覆盖范围、提高通信容量及鲁棒性的关键技术。此外,适应未来智慧城市的发展,无线传感器网络及无线自组织网络应用更广泛,其典型的近距离、高密度、低功率、多跳的通信环境,也为协作通信技术提供了更为广阔的应用空间。传统的通信设备一般工作于半双工模式,极大地限制了系统的频谱效率。全双工中继技术能够同时在同一频带内发送和接收信息,理论上可以使频谱效率提升近一倍。全双工技术可以较为方便地应用于现有的中继系统构架,移植性好且应用场景广阔,是人们公认的面向5G的关键技术之一。本文将首先从传统的半双工中继网络出发,着重研究全双工多中继网络的中断概率和分集增益等重要的性能指标。本文首先研究了一类等效全双工双中继网络,通过两个半双工中继轮流帮助信源转发信息到信宿,从而以更小的时延和较低的硬件复杂度实现了等效的全双工中继转发。我们通过采用随机Markov分析模型,可以较为方便地分析中继节点以及信宿侧的信号接收性能,进而获得整个系统端到端的中断概率解析表达式。仿真实验结果显示,与现有半双工双中继网络比较,所提出的系统在低、中信噪比下有显著的性能提升。为了进一步提升系统的分集增益同时获得频谱效率的提升,本文接着研究了一类等效全双工多中继网络。类似地,本文首先分析了中继节点的解码性能,并推导出系统的中断概率及在高信噪比情况下的系统渐进性能趋势,即分集增益和误码平层。通过与现有的半双工多中继网络进行比较,所提出的系统在低数据速率情况下具有更好的性能,并能够获得近乎全部的分集增益。在高数据速率情况下,所提出的系统具有干扰受限特性。即便如此,在中低信噪比下,所提出的系统能够获得显著的性能提升。为了进一步利用全双工技术提高频谱效率的优势,本文进而研究了全双工多中继网络。仿真结果表明,随着中继节点的自干扰消除能力增强和中继个数的增加,所提出的系统可以实现全双工系统的频谱效率,同时获得更高的分集增益。本文针对(等效)全双工多中继网络的方案设计及性能分析为提升下一代移动通信网络的频谱效率、降低网络时延、增强鲁棒性提供了重要的理论依据和设计准则。