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多天线中继系统将多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)技术与中继技术的优势结合,可明显提升系统覆盖范围与频谱利用率。预编码技术作为能进一步提升MIMO中继系统性能的关键技术,一直被学术界广泛关注。预编码设计时需要获取信道状态信息(Channel State Information,CSI),但由于信道估计方法的局限性以及反馈链路的时延性,理想的CSI很难得到。本文基于不完全CSI,以改善系统误码率为优化目标,分别对MIMO系统、单用户MIMO中继系统、多用户MIMO中继系统、MIMO双向中继系统的预编码算法进行了研究。主要研究工作如下:(1)针对MIMO系统,考虑信道存在估计误差及反馈延迟的不完全CSI情况,研究了基于最小均方误差(Minimum Mean Squared Error,MMSE)准则的预编码算法。介绍了求解约束优化问题时采用的拉格朗日乘子法和无约束优化问题时采用的求导法,以及通过交替迭代实现联合优化的联合迭代法,为MIMO中继系统的预编码算法研究打下基础。(2)针对单用户MIMO中继系统,考虑信道存在估计误差及反馈延迟的不完全CSI情况,提出了基于MMSE准则的预编码算法。考虑发射端和中继节点存在功率约束的情况,通过修正因子的引入,采用拉格朗日乘子法和KKT准则将求解三节点矩阵的优化问题转化为存在不等式约束的多元矩阵方程组问题,最后采用联合迭代法交替更新得到各节点矩阵的最优解。仿真结果显示,与未综合考虑各个节点的预编码算法相比,所提算法能明显改善单用户MIMO中继系统的误码率性能。(3)针对多用户MIMO中继系统,在信道存在估计误差及反馈延迟的不完全CSI条件下,提出了基于MMSE准则的预编码算法。不同于单用户MIMO中继系统的联合求解方案,多用户MIMO中继系统预编码算法将约束优化问题拆分为三个包含矩阵变量的子凸优化问题并分别求解。因为发送端的用户配有单天线且服从独立分布可先确定发送端预编码矩阵;中继预编码矩阵的求解问题可转化为SDP半正定规划问题,利用CVX工具箱求解;接收端处理矩阵利用线性搜索法求解。最后联合迭代得到最优解。仿真结果表明,与未考虑中继节点预编码的算法相比,所提算法能使多用户MIMO中继系统获得更优的误码率性能。(4)针对MIMO双向中继系统,在信道存在估计误差及反馈延迟的不完全CSI条件下,以MMSE为设计准则,提出了基于矩阵分解法和联合迭代法的两种预编码算法。矩阵分解法通过矩阵分解和不等式理论,将矩阵优化问题转化为矩阵内的标量元素优化问题,采用二分法求解。联合迭代法交替更新直至算法收敛,能得到中继预编码矩阵、接收端处理矩阵的最优解。与已有算法的系统性能仿真对比表明,所提两种算法能有效提升MIMO双向中继系统的误码率性能。