信息理论的研究结果表明,增加信号的维数为信号设计提供了额外的自由度,原本在低维空间中比较困难的优化问题,在高维空间中有可能迎刃而解,从而获得更好的系统性能。本论文的工作基于国家863项目和973项目,针对无线传输多维信号进行性能分析,对固定阵列长度单用户MIMO系统的功率偏移参数、格(lattice)星座的相位噪声灵敏度以及信号空间分集在Generalized-K衰落信道和MIMO瑞利衰落信道下的特性及应用等进行了深入的研究。第一章首先回顾了移动通信的主要特点和发展历程,阐述了MIMO容量、lattice技术以及信号空间分集的研究背景及现状。在无线传输高信噪比情况下,功率偏移是信噪比-容量曲线中信噪比轴的截距,优化功率偏移参数有助于提高系统容量。第二章中,采用固定阵列长度的均匀直线阵,通过拟合三对角特普利茨矩阵行列式曲线,分析了接收天线间相关性以及收发天线数目的最大值对于两发多收单用户MIMO系统功率偏移的影响,得出了给定天线阵列长度情况下,功率偏移极值点的基本公式。仿真结果表明,可以利用极值点公式选择合理的接收天线数目,实现最优功率偏移。第三章分析了lattice星座对于相位噪声的灵敏度。分析过程基于大量星座点数目和高信噪比的假设。从成对错误概率入手,推导出AWGN信道下误符号率的上界。针对较小的相位噪声,可以把相位噪声信道转变为AWGN信道。使用维纳模型建模相位噪声,把AWGN信道下的误符号率上界推广至相位噪声信道。并以该上界为性能准则,分析多维lattice星座对于相位噪声的灵敏度。仿真结果表明,在相同的归一化频谱效率情况下,高维星座对于相位噪声的灵敏度高于低维星座；在相同星座维数的情况下,高的归一化频谱效率意味着相位噪声信道下更多的性能损失。第四章中,使用Generalized-K分布来建模无线信道中的复合衰落。分析了信号空间分集在Generalized-K衰落信道下的应用,推导出Generalized-K衰落信道下的成对错误概率表达式。依据该成对错误概率的表达式,证明了当信号空间分集的分集阶数趋于无穷大时,Generalized-K衰落信道的差错性能可以逼近高斯信道下的值。在数值仿真时,使用Gamma分布来近似Generalized-K分布。基于该近似,数值仿真更容易处理并验证了理论分析的正确性。第五章中,扩展信号空间分集技术到MIMO系统中,研究信号空间分集在MIMO瑞利衰落信道下的差错性能。根据小变量近似方法,独立同分布瑞利随机变量之和具有Nakagami分布的特征。基于该近似,推导出信号空间分集应用在MIMO瑞利衰落信道下的成对错误概率的表达式。利用该表达式,证明当分集阶数足够大时,MIMO瑞利衰落信道的差错性能可以逼近高斯信道下的性能。数值结果验证了理论分析的正确性。最后对全文进行了总结,并给出论文下一步的研究方向。