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如何在高动态双选择复杂无线信道中高可靠地传输信号,一直是移动无线通信系统研究的一项热点问题。码分多址接入(Code Division Multiple Access,CDMA)技术作为一种多址接入扩频技术,具有系统容量大、抗衰落和抗干扰能力强等优点;正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)技术由于频域信号子载波之间相互正交,因此具有频谱利用率高、抗多径能力强等优点;而多输入多输出(Multiple input multiple output,MIMO)技术通过在系统的收发端构造多根天线,使系统在不增加带宽和功率的情况下获得成倍的容量增益。综合考虑后,研究这三种技术相结合的MIMO-OFDM-CDMA系统,使得无线通信系统在恶劣信道环境下能够获得可观的系统容量、功率效率、分集增益以及传输误码率性能,具有重要现实意义。首先,本文介绍了现有的几种多载波扩频通信系统方案,对比分析其性能,选择出结构简单、性能优良的MIMO-MC-CDMA系统作为本文主要研究的系统模型。针对应用于恶劣信道环境条件下MIMO-MC-CDMA系统性能无法满足实际需求的问题,本文分别从扩频序列设计、子载波分配以及空时编码技术三个方面对该系统做进一步的系统设计和性能优化。其次,本文选择具有优良相关特性的正交扩频序列作为MIMO-MC-CDMA系统的用户扩频序列,仿真分析了正交扩频序列对系统功率效率以及传输误码率等方面的影响。紧接着对传统选择映射算法应用于空时编码MIMO-MC-CDMA系统中时,算法复杂度和系统性能存在的不足,提出一种联合选择映射法的扩频改进方法,该方法通过将扩频序列作为选择映射法的相位选择因子,并结合空时编码正交特性,使系统性能得到提升的同时,其计算复杂度减少了一半。最后,本文详细推导了空时编码MIMO-MC-CDMA系统的接收机数学模型,然后介绍了经典的用户检测算法,在已知单天线MC-CDMA系统用户检测算法加权系数的基础上,理论推导出适用于空时编码MIMO-MC-CDMA系统的用户检测算法加权系数。针对恶劣信道环境下经典算法性能不足的问题,提出一种联合部分并行干扰消除的用户检测算法,该算法是在具有优良性能的并行干扰消除算法的基础上乘以部分消除因子,并利用现有的具有优良性能的用户检测技术作为部分并行干扰消除算法的初始估值估计器,实验结果表明,该算法在恶劣的信道环境下取得了良好的性能,同时,本文以AD9361软件无线电平台为验证平台,对系统进行仿真平台验证。