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多入多出(multiple-input multiple-output, MIMO)因其在提高频谱效率和链路可靠性上存在巨大潜能而成为近十年来的研究热点。而在MIMO系统的性能研究中,随机矩阵理论这一强大的数学工具又发挥着至关重要的作用。在这样的背景下,我们沿着“推导随机矩阵理论的新结果,用其分析MIMO通信系统的性能”这一主线展开了本论文的工作。具体说来,本文涵盖了如下四个方面的内容：1.研究双散射信道模型下MIMO多流波束赋型技术的精确误码性能：我们在数学上给出了单个排序特征值边沿分布的通用推导方法,并用它首次推导出双散射模型中信道矩阵各排序特征值的边沿分布,进而解决了多流波束赋型系统平均错误符号概率精确表达式的问题。2.研究双散射信道模型下MIMO多流波束赋型技术的渐近误码性能：我们自创“剥洋葱式”的处理流程,从数学上解决了特征值边沿分布在渐近展开上的难题。基于渐近展开式,我们首次给出了系统分集增益和阵列增益的精确表达式；通过对这些增益的分析,我们获得了对信道双散射效应的本质认识。3.研究一般衰落信道下正交空时块码与MIMO单流波束赋型技术之间的联系：针对正交空时块码与MIMO单流波束赋型这两种独立的空间分集技术,我们通过数学抽象和理论推导,首次证明了：在一般衰落信道下,二者的分集增益存在着相等的关系；而在阵列增益上,MIMO单流波束赋型随优于正交空时块码,但二者之间的差异受控于发射天线的个数。利用这些本质联系,我们解决了MIMO渐近性能分析领域的几个公开难题。4.研究在分析频谱感知算法性能过程中起到关键作用的Wishart矩阵特征值的分布问题：通过设计一种新的推导方法,我们首次给出了适用于任意参数的、方便进行微积分处理的Wishart矩阵最小特征值边沿分布的精确表达式。基于该表达式,我们可以对基于特征值的频谱感知算法的错误预警概率进行闭式的评估。