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空间调制(spatial modulation, SM)和空移键控(space shift keying, SSK)是一类新型的多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output, MIMO)传输技术。与传统MIMO传输技术相比,空间调制和空移键控具有复杂度低、需要更少射频(radio frequency, RF)链路等优点。大规模MIMO (Massive MIMO)传输技术在基站端配置大量天线,利用各用户信道间的渐近正交性,可通过简单的线性信号处理实现多用户接入,同时避免用户间的干扰。本论文主要工作为对空间调制、空移键控和大规模MIMO传输技术的改进和应用。本文首先研究了空移键控传输中的发射和接收天线选择,提出了一种降低反馈量的发射天线选择方案(Fix-1)以及低计算复杂度的发射和接收天线选择算法,推导出了所提算法的精确误码率(bit error rate, BER)表达式以及误码率上界的闭合表达式。接着,本文提出一种发射天线受限的分布式广义空移键控传输系统(generalized SSK,GSSK),其中多个分布式的基站联合构成一个GSSK传输系统。在该系统中,每个基站只配置一套射频链路,所以同一时刻每个基站只能有一根发射天线被激活。由于各基站地理位置不同,其发射的信号将经历不同的大尺度衰落,该特点可用于改善系统性能。本文首先推导出了该分布式GSSK的误符号率(symbol error rate, SER)表达式,在此基础上基于凸优化方法提出了一种最小化误符号率的功率分配算法。然后,本文将空移键控应用于高速铁路(high speed railway, HSR)无线通信中,将该环境下的无线信道建模为对数正态—莱斯(Lognormal-Rician)混合信道。本文完成了空移键控传输在该信道下的误符号率分析,并结合高铁无线通信的信道特点,比较了不同天线放置方式对系统错误性能的影响。根据分析结果,提出一种结合多点协作(coordinated multiple point, CoMP)传输的空移键控传输方案,该方案可利用阴影衰落的低相关性来降低系统误符号率,同时避免了分布式天线结构带来的发射端功率损耗。接下来,本文针对空间调制多用户接入系统,提出一种基于子空间投影的多用户检测算法,在此基础上结合改进的广义可变空间期望最大化(space-alternating generalized expectation-maximization, SAGE)算法,提出了一种SAGE辅助的投影检测算法。该检测方法的性能可以接近性能最优的最大似然检测(maximum-likelihood detection, MLD)和球型译码(sphere decoding, SD)检测,同时在系统规模较大时能有效地降低计算复杂度。最后,本文提出一种基于时分双工(time division duplex, TDD)、正交频分复用(orthogonal frequency division multiplexing, OFDM)和大规模MIMO传输技术的下行多用户传输结构。在该传输结构中每个用户均使用整个带宽,可以节省用户调度的信令开销。本文推导出采用最大似然估计(maximum likelihood estimation, MLE)和最小均方误差(minimum mean square error estimation, MMSE)准则进行信道估计时系统的容量表达式。基于该结果,得到了大信噪比下最优的用户数量和导频序列长度,并分析了衰落信道的时间和频率选择性对系统容量的影响,最后提出一种基于用户信道多径时延差异的功率分配方法以提高系统容量。