随着移动通信系统的不断发展,移动电话等便携式无线通信设备功能变得越来越强大和复杂,对我们的日常生活也越来越重要。然而关于近距离使用便携式设备对健康影响还没有被充分讨论。为了限制用户过多的暴露在电磁辐射中,大多数国家的监管机构根据特定吸收率SAR(单位为W/kg)设定电磁辐射阈值。SAR是人体电磁能量吸收率的一种度量。但是便携式设备的设计通常很少关注SAR阈值,而更多的是关注传输功率的限制。本文主要研究了在基于SAR约束情况下如何进行系统设计。首先,对大规模MIMO系统信道容量进行分析,接着介绍SAR的基本概念然后通过建模得到SAR的表达式从而为后面进行系统性能分析奠定基础。其次通过在两天线情况下介绍了一种基于SAR的信号编码并与传统的信号编码方式如Alamouti编码,空分复用以及单天线进行比较,通过某个SAR曲线选择的一种特殊码字可以取得比传统的编码方式更好的误码性能,但是这种编码方式是依赖于特殊的SAR曲线的,不具有一般性。接着对一般情况进行研究,即如何选择适用于任意SAR曲线的码字并且使得译码的复杂度可以接受,主要介绍了一种利用特定的码字结构设计码字的方案,接着进行仿真分析验证了一般情况下码字设计的合理性,因此可以适用于任意的两天线设备并且可以作为一种标准应用于工业设计中。接着分析通过信号协方差的方式使得系统的容量在功率和SAR同时限制下最大。传统的信号设计中一般只考虑功率限制而忽略了SAR限制,通常利用注水法解得每根天线信号能量分配以使得信道的容量最大,然后通过比较SAR值决定是否进行功率回退。传统的方法往往不能达到最优,本章将SAR和功率同时作为约束介绍了一种新的方案,而且对这种方案提出了一种有效的优化手段,仿真比较了传统的功率回退方法和基于SAR约束方案的性能,证明了基于SAR约束方案的优越性。然后再推广到多个SAR约束的情况,经由拉格朗日对偶先固定对偶变量求出信号协方差的表示形式,接着证明原问题为凸优化问题,说明了原问题的最优解和相应的拉格朗日对偶最优解的等价性,从而可以求解拉格朗日对偶最优解得到原问题的解,主要是通过次梯度法求解最优的对偶变量,进而得到信号协方差的确定形式。接着讨论利用波束成形的方法设计信号。波束成形源于自适应天线的一个概念,接收端的信号处理可以通过对多天线阵元接收到的各路信号进行加权合成,形成所需的理想信号。从天线方向图视角来看,这样做相当于形成了规定指向上的波束,波束形成相当于发射端每个天线发射相同的信号以达到增强信号提高容量的目的。根据波束形成的思想首先得到信道容量的表达式并且设定SAR的阈值,得到基于SAR约束的波束形成问题模型,根据建立问题模型介绍了一种优化的解决方案,这种方案能满足最优条件并且简化了复杂度,最后仿真比较了传统的基于功率回退的方案和本文介绍的方案的性能。最后对文中的主要工作进行总结,指出文中研究的一些局限性,并对未来的工作进行展望。