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空间调制技术(Spatial Modulation,SM)是近几年提出的一种高效的MIMO技术,通过每时刻激活一个天线单元并利用天线序号携带空间信息,SM技术可有效减少MIMO系统所需射频链路数、避免信道间干扰,并同时获得频谱效率和系统能效的提升。但是,传统的SM系统需要在接收端利用信道状态信息(Channel State Information,CSI)进行相干检测,这需要占用额外的时频资源进行信道估计,除了更高的系统开销和复杂度外,其带来的时延降低了信道估计的准确性,进而也降低了信号检测的准确度。为了规避信道估计误差问题及其对系统性能带来的影响,研究人员提出了差分空间调制(Differential Spatial Modulation,DSM)的概念,DSM在保留SM的传输特性的同时,利用差分处理来避免信道估计问题。DSM研究中要解决的主要问题是非恒模信号传输和与大规模MIMO结合而造成资源浪费,本文将围绕这些问题,针对DSM传输非恒模信号以及与大规模MIMO结合所存在的问题进行深入研究,主要创新性工作如下:1)针对DSM传输非恒模信号存在的幅值累积问题,本文提出了基于功率单位化的非恒模传输方案,通过幅值归一化处理,使DSM可以传输任意形式的星座调制信号;为进一步消除误差传递,提议了多环星座调制方案。仿真结果表明,所提出的非恒模传输方案可以消除幅值累积问题,所提议的多环星座调制相比于正交振幅调制(Quadrature Amplitude Modulation,QAM)对误差传递具有更好的鲁棒性,并且其性能优于其他DSM所用的调制方案。2)针对下行链路大规模MIMO-DSM所存在的天线资源浪费、谱效损失严重和信道条件难以实现等问题,本文提出了上行链路大规模MIMO-DSM,在兼顾DSM传输特性的同时,利用信道正交性提出了基于接收信号协方差矩阵的线性检测方案。仿真结果表明,所提的检测方案与迫零检测器(Zero Forcing Detector,ZFD)具有相近的误比特率(Bit Error Rate,BER)性能,并且运算复杂度低于ZFD。3)针对大规模MIMO-DSM上行链路非恒模传输问题,本文提出了两种传输方案,其一是将现有文献所提方案扩展到大规模MIMO-DSM;其二是将功率单位化传输方案扩展到大规模MIMO-DSM,两种方案均使用基于接收信号协方差矩阵的线性检测方案。仿真结果表明,所提方案优于现有的大规模MIMO差分非恒模传输方案,但存在地板效应。为改善地板效应,本文对检测方案进行改进,利用信道正交和星座图对称的特性检测时的搜索集合,仿真表明改进方案以较小的复杂度代价,减缓了地板效应,提高了检测性能。