随着技术的进步和人类对信息服务需求的快速增长，近年来多跳无线网络的应用急剧扩展。人们要求能在多跳无线网络中进行有服务质量（QoS）保证的多媒体业务传输，使得多跳无线网络中的QoS研究成为一个重要的热点问题。而可用带宽信息的获取是多跳无线网络中支持QoS的一个重要前提，通过可用带宽信息才有可能实行对带宽敏感业务的QoS路由、接纳控制和带宽预留等操作，才有可能最大化地利用网络资源，同时由于可用带宽跟传输延时等其他QoS参数有着紧密的联系，获取可用带宽的信息还有助于优化业务其他QoS参数的设计。本论文就是围绕着多跳无线网络中的可用带宽问题展开研究。任何多跳无线网络中都有两个节点间的单跳链路和多个单跳链路组成的多跳路径这两种主要的连接形态，同时在实行多节点协同通信（协同MIMO）时网络中也存在上述两种连接形态。论文针对这些典型应用连接形态下的可用带宽估计进行了深入研究，建立了更符合实际的分析模型，提出了能提高单跳链路可用带宽估计准确度的方法，设计了多跳路径上端到端可用带宽通用性的估计算法和预测算法，并定量地回答了典型协同MIMO系统在提高带宽容量上的作用。目前已有的可用带宽估计算法中，要么假设了链路两端节点间获得了理想的同步，要么在考虑同步问题时假设了链路两端节点周围信道利用情况是相互独立的，这两种情况都与实际情况存在较大的差别，因而会在可用带宽的估计中引入明显的误差。为了克服这一问题，我们通过区分由于节点自身的收发和周围节点发送两种情况分别引起的信道忙的状态，准确地估计链路两端节点的同步概率，从而提高了单跳链路可用带宽估计的准确度。另外，在实时带宽估计中，估计周期的选择一直是困扰着目前研究工作的关键问题。如果周期太短，可用带宽的估计值会出现剧烈的随机波动；而如果周期太长，得到的估计结果将无法反映可用带宽的快速变化。本文采用卡尔曼滤波结合双边变化检测器的方法成功解决了这一问题。该方法既可以在可用带宽趋于稳定时消除剧烈的随机波动，又能够在可用带宽发生变化时迅速跟踪该变化。当前对多跳无线网络可用带宽估计的研究中所作的假设比较理想化，使得这些研究结论与实际测试结果有较大的差距。如果充分考虑各种影响因素，又很难建立系统的、可分析的数学模型。针对这一关键问题，我们提出利用“流内竞争”问题来综合各种实际影响因素，包括由隐藏节点引起的碰撞概率和多速率发送的情况等被以往相关工作忽略的因素，并将其引入到网络分析中，建立了更符合实际又利于分析的多跳路径可用带宽估计方法，使得基于此方法的研究结论更加准确。为了完成对可用带宽的准确预测，本文以IEEE 802.11协议为参考，建立了一个完整、实用的多跳无线网络分析模型，相对于以往的模型，该模型有以下三个突出特点：（i）它从物理层和MAC层上考虑了多跳无线网络中可能遇到的更真实的情况，包括节点周围的干扰、隐藏节点问题、捕获效应、真实的信道环境、非饱和节点以及多速率发送等，从而使得基于该模型的分析结果更准确；（ii）它将网络中业务的带宽需求映射到了模型的参数中，从而可以方便地对带宽敏感业务进行建模分析；（iii）它可以预测性地分析当某一特定带宽的业务进入网络后网络性能的表现。基于该模型，我们提出和验证了端到端可用带宽预测的迭代算法。该算法跟以往研究的根本区别是它可以预测新业务进入网络后，一些对可用带宽估计起关键作用的网络参数的变化，因而可以获得更准确的可用带宽信息。为了定量分析协同MIMO带宽容量这一理论上未解决的问题，我们考虑了一个典型的协同MIMO系统，首先将其划分为几个经典的通信过程，这样便于我们充分利用现有的研究成果分别对各个过程进行分析。然后引入“时间效率”的概念来有机地结合各个过程的分析结果，从而完成对协同MIMO带宽容量的分析，并且推导出其闭合表达式。以此为工具，我们就协同MIMO的适用条件和最佳协同节点个数给出了建议。在对协同MIMO带宽容量的定量分析的基础上，我们采用最优化建模和分析方法推导出了多跳协同MIMO最优的资源分配方案，并定量地回答了多跳协同MIMO所能达到的端到端带宽容量。结果表明，采用本文给出的最优资源分配，相对于平均的资源分配方法，系统端到端带宽容量能够得到超过20%的提高。