窄脉冲超宽带无线电技术一直被认为是未来高速、低成本无线个域网物理层的标准,它通过发送功率谱密度极低、带宽很宽(绝对带宽>500MHZ,相对能量带宽>0.2～0.5)的信号来进行数据的传输。超宽带无线通信系统拥有其它短距离无线通信系统所不具备的优点：功率消耗低、对其它无线通信系统的干扰低、数据传输速率高、时间分辨率高等。但是,低功率消耗会限制超宽带通信系统的覆盖范围,扩展覆盖范围又会影响系统的数据速率。协作传输的基本思想就是无线网络中的协作终端共享各自的天线通过分布式传输和信号处理来来形成一个虚拟MIMO系统。近年来,协作传输技术被广泛的用在现代通信系统当中,扩展通信覆盖范围,提升通信服务质量(QoS)。为了解决功率消耗和覆盖范围之间的矛盾,本文通过窄脉冲超宽带系统的协作传输来提升系统性能。本文的主要工作就是研究协作超宽带通信系统所涉及的信号处理算法设计、性能分析以及系统联合优化问题,并且提出了基于矩生成函数(MGF)的方法来分析室内多径环境下超宽带系统的性能,获取了不同中继方案下两跳超宽带系统误比特率的近似闭式表达式,为系统的设计提供了理论依据。具体来说,本论文的主要工作集中在以下几个方面：1)研究超宽带通信多径衰落中的分组(群)衰落特性,构建协作超宽带通信系统下的衰落信道模型并分析其特点。2)在对协作通信系统典型性能分析方法深入研究的基础上,针对超宽带特有的信道模型,确定适合于复杂多径衰落环境下协作超宽带系统性能分析方法,采用概率论知识,运用矩生成函数的方法推导出更为实际准确的系统性能理论分析结果。3)全面考虑各种协作通信方案,设计合理的中继节点信号处理算法,针对复杂多径衰落环境分析AF、DF以及DTF等协作方案对系统性能的影响,获得不同中继方案下协作超宽带系统误比特率的近似闭式表达形式。4)在获得协作超宽带系统误比特率的近似表达式的基础上,以增加吞吐量、减小误比特率为目标在MAC层进行中继节点的选择,在物理层确定所选中继节点的适宜采用的中继模式,最终实现协作超宽带系统的跨层联合优化,在更大程度上提高系统性能,增加覆盖范围。基于超宽带信道模型和协作通信系统性能分析方法的研究,我们在协作超宽带系统性能分析和系统设计方面进行了一些创新。本文当中我们提出使用基于MGF的性能分析方法获得了两跳超宽带系统平均误比特率的近似闭式表达式,为系统的设计提供了理论依据,节约了以往系统仿真耗费时间大的问题,至此我们可以更加直观的考察不同的参数对于系统性能的影响。根据性能分析的结果,考虑到了超宽带信号对小尺度衰落的不敏感性和优良的测距特性,我们通过距离信息来表征信道状态,然后对中继节点引入了自适应中继协议转换方法,最终实现协作超宽带系统的跨层联合优化,最大限度地减小协作超宽带系统的误比特率,提高系统吞吐量。