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随着数据业务的不断发展,未来的无线通信系统应该具有更好的通信质量、更高的数据速率、更大的覆盖范围和更好的带宽效率。中继技术是下一代无线通信系统的关键技术,它可以显著提高系统吞吐量和覆盖范围,已经应用在多个无线通信标准中,例如LTE-A和IEEE 802.16j。基于网络编码的双向中继传输(TWRT)比单向中继传输(OWRT)完成一次传输需要更少的时隙数,可以极大地提高频谱效率。将双向中继传输与多输入多输出(MIMO)技术结合能进一步增强系统性能,因而受到了极大关注。本文针对MIMO双向中继系统中的关键技术,如Alamouti编码、中继选择、天线选择以及功率分配等展开研究。对不同场景下的传输方案进行性能分析,并讨论了非理想信道状态信息(CSI)和由节点运动引起的时间选择性衰落等因素对系统性能带来的影响,为MIMO双向中继系统的实现提供理论参考。本论文取得的研究成果如下:1)针对基于Alamouti编码的双向放大转发(AF)多中继系统,对由于节点移动引起的时间选择性衰落下的译码算法进行了研究。通过计算判决统计向量,指出了传统基于最大似然检测的译码算法(MLDA)在时间选择性衰落信道中存在错误平层问题。针对该问题,提出了更适用于移动环境下的基于迫零检测的译码算法(ZFDA)和低复杂度的译码算法(LCDA)。仿真结果表明所提出的译码算法拥有更好的误符号率性能,该研究为高速移动环境下双向通信系统的设计提供了借鉴和依据,具有很强的实际意义。2)针对MIMO双向AF多中继系统,考虑实际场景中同时存在非理想CSI和由于节点移动引起的时间选择性衰落,研究了两者对联合中继和天线选择传输策略下的系统平均中断概率性能的影响,并基于调整积分区域的方法推导了其上界和下界表达式。为了提升该MIMO中继系统的性能,以消耗的功率为约束条件,基于最小化系统中断概率准则提出了一种联合中继和天线选择的功率分配方法(JRAS-OPA)。仿真结果显示所提出的JRAS-OPA对比现有的等功率分配方法(EPA),能够得到显著的性能增益。