随着无线通信技术和移动终端技术的飞速发展,高速数据业务需求呈爆炸式上升,通信系统容量以及数据传输可靠性的研究因此而备受关注。协作中继技术能够有效提高通信系统容量、提升通信质量以及扩大通信覆盖范围,因此成为第四代(4G)移动通信系统的关键技术之一,同时也对第五代(5G)移动通信网络架构演进起到至关重要的作用。协作通信系统最为显着的特点是协作节点的分布式特性:协作通信节点在空间上分布于若干不同的物理位置,导致接收信号存在时间异步问题。若中继采用空时协作技术进行信息传输,目的节点接收的空时协作信号结构就会被破坏,导致系统性能下降。为了解决此问题,本论文对异步状态下的中继空时协作技术进行了研究,主要包括以下两部分内容:首先,对于采用放大转发(Amplify and Forward,AF)协议的两中继协作通信系统,在现有的基于Alamouti异步空时协作方案基础上提出了一种改进方案。改进方案将传统正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)技术和中继空时协作技术相结合,通过源节点成倍发送OFDM符号,中继节点对接收信号直接放大转发,使目的节点的接收信号具有Alamouti结构。相比现有方案,改进方案中继节点处理复杂度低,并且能够获得更高的分集增益,显著改善了协作通信系统的误比特率(Bit Error Rate,BER)性能。其次,对于采用AF协议的多中继协作通信系统,针对中继节点采用正交空时分组编码(Orthogonal Space-Time Block Coding,OSTBC)技术导致系统传输速率损失这一问题,提出了两种改进方案:基于准正交空时分组编码(Quasi-Orthogonal SpaceTime Block Coding,QOSTBC)和基于星座旋转QOSTBC的异步空时协作方案。基于QOSTBC的异步空时协作方案通过中继节点根据QOSTBC结构对接收信号进行放大转发,使得协作系统实现全速率传输。此外,在中低信噪比(Signal-to-Noise Ratio,SNR)的高速传输环境下该方案的BER性能好于现有方案。然而,该方案存在的缺陷是不能获得满分集增益。为了解决分集增益损失的问题,提出了基于星座旋转QOSTBC的异步空时协作方案,通过在源节点对发送信号的调制过程中引入星座旋转,使目的节点接收信号具有星座旋转QOSTBC结构。相比基于QOSTBC的异步空时协作方案,此方案在保持全速率传输的同时获得了满分集增益,进一步提高了系统BER性能。