随着无线通信、信号处理、微型机电系统(MEMS)的发展，融合以上三种技术的无线传感器网络应运而生。无线传感器网络可把现有的网络延伸到物理世界，实现人类与物理世界的通信，达到“无所不在”的完美沟通。然而，如何有效地提高网络的无线信道容量，并进而提高网络的服务质量是无线通信中的一个重要课题。研究表明，无线信道的多径衰落特性一直以来都是阻碍信道容量增加和服务质量改善的主要原因之一。基于空间分集思想的协作通信技术允许不同用户或节点共享彼此的天线或其他网络资源，有望大大提高无线传感器网络的性能。 无线传感器网络依靠节点间的“相互协作”完成信息的感知、收集和处理任务，跟协作通信技术有着天然的联系。传感器节点大小有限、能量受限于供电电池，且处理能力和工作带宽也很有限，这些限制为研究无线传感器网络带来了一系列挑战。仅仅依靠单个节点解决这些挑战是不现实的，需借助节点间的相互协作来解决。协作通信技术为有效解决这些挑战提供了很好的思路，通过共享节点资源，有望大大提高整个网络的资源利用率和性能。本文主要研究无线传感器网络中协作通信技术及其性能，具体内容包括： 第一，基于节点选择的协作粒子滤波。根据无线传感器网络节点资源有限的特点，从节省资源的角度提出了协作粒子滤波算法。首先给出算法的一个总体框架；然后从大数定理出发，研究粒子数对算法性能的影响；接着，基于节点的位置信息和测量方程，提出了一种节点选择算法以实现协作粒子滤波，并分析它在计算复杂度上的优势；最后，考虑到基于标准粒子滤波的协作滤波在通信复杂度上的缺陷，引入高斯和准粒子滤波实现协作粒子滤波，从而节省通信资源。 第二，协作MIMO中信道和符号联合盲估计。研究如何利用SQMC实现协作MIMO系统中的信号和符号联合盲估计问题，并通过融合当前的接收信号，提出了一种改进的SQMC算法。仿真结果表明改进的SQMC算法能有效地改善估计性能。 第三，基于协作MIMO和睡眠机制的中断概率性能研究。研究协作MIMO系统中，基于Nakagami信道和睡眠机制，当节点的总功率一定并考虑节点电路处理能耗时，如何分配协作节点功率，才能获得最小的系统中断概率。仿真结果表明：节点采用睡眠机制节省能量是以牺牲系统性能为代价的；节点采用最优功率传输信息能提高系统的性能；考虑节点电路处理能耗时，当传输距离较小时，协作传输的性能要次于单独传输的性能，反之，当传输距离较大时，协作传输的性能优于单独传输的性能。 第四，无线传感器网络中机会协作传输机制及其性能研究。基于Nakagami信道，并考虑节点电路处理能耗，研究无线传感器网络中机会协作传输机制及其性能，解决“怎么协作”、“什么时候协作”以及“协作的性能如何”三个问题，并从理论上分析机会协作的可能性。仿真结果表明：不论机会协作节点信道的统计特性如何，机会协作机制都能有效提高系统性能；节点电路处理能耗会对机会协作机制造成明显影响，随着节点电路处理能耗的增大，机会协作机制带来的性能增益越来越少，当节点电路处理能耗超过一定阈值后，机会协作传输不能带来性能增益。 第五，基于第四部分研究成果，进一步优化系统模型，讨论如何进行功率控制以优化机会协作传输性能，并给出具体的理论推导结果；同时对影响机会协作传输的各个参数进行深入的仿真分析。仿真结果表明：机会协作节点的位置对中断概率有明显的影响，当机会协作节点位于源节点和目的节点的中间位置时，中断概率最小；随着机会协作节点可选个数的增加，机会协作传输所能带来的性能增益不断增加。本部分还分析了节点最大发射功率对机会协作传输机制的影响，结果表明：当最大发射功率较小时，中断概率很快趋于平稳；随着最大发射功率的增大，最大发射功率对中断概率的影响逐渐减少。 最后是全文的总结，并指出有待进一步研究的方向。