空间调制是一种新型的多天线调制技术,它采用单射频链路即可实现低复杂度、高能效的信息传输,是非常具有应用前景的多天线传输技术之一。作为一种调制技术,如何提升其设计灵活性、实用性和传输可靠性是其研究重点之一。围绕该科研问题,本博士论文从比特符号映射和三维星座图的设计入手,开展了如下创新性工作:1.提出了三维联合映射空间调制的概念,解决了传统空间调制的发射天线数目约束问题,提高了设计灵活性和实用性。针对如何基于给定信号调制星座图实现三维星座图的最优设计问题,提出了一种针对每根激活天线分开选取最优子星座图来构造三维星座图的方法,并证明了在M-PSK作为信号调制时该设计方法的最优性。针对采用其他信号调制的情况,提出了一种低复杂度次优方案,并可轻松扩展到广义空间调制。2.基于创新性工作1的系统模型,进一步研究了空间调制一般化三维星座图设计问题。通过扩大星座符号的选取范围,从有限集合放宽到整个复数域,将一般化三维星座图设计建模成一个混合离散变量和连续变量的优化问题,提出了穷举设计算法和递归设计算法来求解该问题,实现了传输可靠性最高(即误符号率最小)的三维星座图设计。3.为进一步挖掘映射设计提高空间调制传输可靠性的潜力,针对简化的空间调制——空移键控系统,基于不同反馈信息提出了4种自适应比特符号映射方案。具体包括:在发射机已知信道状态信息时设计了 OBSA映射和低复杂度的POBSA映射;在有限反馈时设计了 RBSA映射和低复杂度、低反馈开销的PRBSA映射。理论分析了这4种设计的计算复杂度、反馈开销和性能增益,并都通过蒙特卡洛仿真进行了验证。所提设计在不需要额外的硬件消耗的情况下(例如额外的功率放大器、相位旋转部件和天线单元等)即可带来可观的性能提升。与此同时,它可和其他链路自适应技术相结合提供额外的性能增益。4.针对空移键控自适应映射扩展应用到空间调制存在反馈开销大、计算复杂度高的问题,进一步提出了适合空间调制、尤其更适合采用高进制信号调制星座图的空间调制的低反馈自适应映射设计——蛮力映射。量化分析了蛮力映射带来的性能增益,同时研究了最小反馈码本的设计问题。理论分析和仿真均表明,本文所提出的蛮力映射以少量反馈为代价即可显著提升系统可靠性。综上所述,本博士论文提出了三维联合映射空间调制和相应的三维星座图设计算法,并基于不同反馈信息设计了多种链路自适应映射,低成本低开销地提升了空间调制的设计灵活性和可靠性,使得该传输模式在未来的多天线传输系统中更具应用前景。