互联网与人类活动的联系日益密切,越来越高的信息传输速率成为每一代网络追求的性能指标。利用多天线产生的信道多径效应,多输入多输出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)技术提高了系统容量,并因此而备受关注。在第五代移动通信网络中,越来越多种类的小型通信设备将蔓延到人们的日常生活中。但是设备体积小、硬件实现的复杂度高,可在设备中布置的天线数量就有限,这时MIMO技术的能力就受到了限制。叠加虚拟信道(Superposition Virtual Channel,SVC)技术旨在提高传输速率而不增加天线数量,能够有效解决MIMO系统中因天线数量有限而使传输速率受限的问题。SVC技术的应用前景可见一斑。针对SVC技术及应用该技术的系统的研究才刚刚起步,因此,本文以SVC MIMO系统为对象展开研究。无线通信中的服务质量(Quality of Service,QoS)保障问题不容忽视。互联网应用产生的业务种类繁多,这些QoS要求各不相同的业务可能同时存在于一个通信系统中。为了提供良好的用户体验,承载QoS要求多样化业务的系统必须拥有异质QoS保障(Heterogeneous QoS Guarantee,HQG)能力。然而,目前对SVC MIMO系统的研究尚停留在物理层,针对SVC MIMO系统QoS保障或异质QoS保障的研究均未见报导。有效容量作为从链路层考虑统计时延QoS约束的指标,在研究QoS保障问题中常占有重要地位。因此,本文将异质QoS保障嵌入到SVC MIMO系统上行通信中,并在新的系统模型下研究系统有效容量,进行系统性能优化和分析。本文的主要工作论述如下:(1)本文设计保障异质业务QoS要求的SVC MIMO系统。为了满足异质业务的不同时延QoS要求,提出保障异质QoS要求的叠加虚拟信道(HQG-SVC)技术,并建立HQG-SVC MIMO系统模型。考虑到Nakagami-m衰落模型更加贴合实际信道的衰落情况,本文根据有效容量理论,推导经历Nakagami-m衰落的HQG-SVC MIMO系统有效容量闭合表达式。有效容量,即单位带宽的有效容量。有效容量和误码率是两个重要的系统性能指标。为了不折损误码率性能,同时达到系统有效容量,本文以有效容量和误码率为优化目标,建立既保障异质QoS要求、又保证通信可靠性的联合优化问题。HQG-SVC系数向量是实现HQG-SVC技术的关键,它与实际信道串联构成传输信道。通过调整HQG-SVC系数向量的幅度和相位,可以改善传输信道质量。由于不仅要优化误码率性能,还要满足异质QoS要求,HQG-SVC技术对HQG-SVC系数向量在相位和幅度上的约束更加严格,这就需要搜索算法具有更高的准确性。针对这一需求,本文对混合差分进化算法(Hybrid Differential Evolution,HDE)做出改进,利用改进HDE(modified HDE,mHDE)算法求得最优HQG-SVC系数向量,使系统获得最大有效容量和较低的误码率。为了降低优化问题的复杂度,本文将目标函数设计成复合单目标的形式。(2)为了进一步探究使HQG-SVC MIMO系统性能受到局限的原因和使系统性能更优的条件,本文研究调制方式、虚拟信道数量等系统配置参量和天线相关性等天线设置参量对系统误码率和有效容量的影响,分析上述因素为何能够影响系统性能以及如何影响的系统性能。天线相关性的作用直接反映到信道条件上,而信道条件制约着系统有效容量,因此天线相关性与有效容量之间存在内在关联。本文推导天线相关下的系统有效容量闭合表达式,并根据该条件下有效容量的数值特性,重新设计了联合优化问题中的有效容量度量指标,使目标函数中有效容量和误码率的度量指标的数量级保持相同。