【作者】 罗振东；

【导师】 刘元安；

【作者基本信息】 北京邮电大学 ， 电磁场与微波技术， 2006， 博士

【摘要】 多入多出(MIMO)技术是无线通信技术发展的一次重大飞跃，它能够突破无线频率资源限制，大幅度地提高无线通信系统的频谱效率，被公认为是无线通信技术的未来发展趋势。然而，MIMO技术也彻底打破了传统的无线通信模式，它要求系统使用多个发射和接收天线同时同频地发射和接收数据，使得无线通信的系统结构、分析方法、调制、编码、信道估计、检测、多址方式等各个方面都面临着挑战。 本论文在国内外相关研究工作的基础上，针对MIMO无线通信系统所涉及的若干关键理论与技术进行了深入研究，特别是在MIMO信道容量理论、MIMO检测算法、基于MIMO-OFDM系统的码分多址技术、自适应传输技术、差分空时编码技术等方面取得了较大研究进展。 在MIMO信道容量理论方面，本论文的研究成果主要包括以下两个方面：一是给出了MIMO信道容量及其渐近界的简单闭合的计算公式；二是提出了一种信道容量的非平稳分析方法，并且利用该算法分析得到了时变MIMO信道的容量极限。上述研究成果对MIMO系统的理论研究和实际应用具有重要的指导意义。 在MIMO检测算法方面，本论文提出了3种新型的高效检测算法。前两种算法是传统的贝尔实验室垂直分层空时结构(V-BLAST)检测算法的两种快速算法，这两种算法在保持性能不变的同时，复杂度低于现有的其它同类算法；第三种算法是最优的最大似然算法的简化算法，尽管它的计算复杂度非常低而且很稳定，但性能却接近最大似然检测算法的性能，而且还可采用并行计算方法大幅度提高处理速度。 在基于MIMO-OFDM系统的码分多址技术方面，本论文首先引入了一种广义的码分多址系统框架——空时频扩展码分多址(STFS-CDMA)；然后推导出了适用于STFS-CDMA系统的三种MMSE检测器；并且提出了一种新型的扩展码——双正交码。在STFS-CDMA系统中采用双正交码能够有效地获得空间、时间和频率分集，平衡各用户的性能，从而大幅度增强整个多用户系统性能。 在用于MIMO或MIMO-OFDM系统的自适应传输技术方面，本论文提出了两种高效的自适应传输技术：一是提出了一种适用于MIMO-OFDM系统的简单、有效的自适应传输方案，该方案能够在保证系统性能不显著下降的前提下，极大地降低自适应传输所需的计算复杂度；二是基于牛顿优化算法提出了一种最小化更多还原

【Abstract】 Multiple-input multiple-output (MIMO) technology is a significant breakthrough in the development of wireless communication technologies. It can get rid of the constraint of radio frequency resource and greatly increase the spectral efficiency of wireless systems, and thus is considered as the future development trend of wireless communication technologies. However, MIMO technology thoroughly breaks the mode of traditional wireless communications, since it requires multiple transmit and receive antennas to simultaneously transmit and receive data information in the same frequency, which challenges all the aspects of wireless communications including system architecture, analytical methods, modulation, coding, detection, channel estimation, multiple access, and so on.On the basis of international current research works, this thesis investigates some key theories and technologies for MIMO wireless communication systems in depth, and presents some new contributions in the following topics: MIMO channel capacity, signal detection for MIMO systems, CDMA for MIMO-OFDM systems, adaptive transmission for MIMO systems, and differential space-time coding.On the topic of MIMO channel capacity, two new theoretical contributions are presented. One is that the simple closed-form formula and asymtotic bound of MIMO channel capacity is derived. The other is that a nonstationary analysis method of MIMO channel capacity is proposed, and the capacity limits of time-varying MIMO channels are analyzed via the method. The above contributions have important significance of guiding the theoretical researches and pratical applications of MIMO systems.On the topic of signal detection for MIMO systems, three novel computationally efficient detection algorithms are proposed. The first two algorithms are the fast implementation methods of conventional vertical Bell Laboratories layered space-time (V-BLAST) detection algorithm, which not only have lower complexity than other existing algorithms but gurantee no performance degradation. The third algorithm is a simplified scheme of optimal maximum-likelihood detection (MLD)更多还原