多天线系统,也称为多输入多输出(MIMO)系统,可显著提高通信系统的传输容量与链路传输的可靠性,因而,已成为实现未来高速宽带无线接入网的关键技术之一,并且广泛应用于下一代移动通信系统。本论文以MIMO系统下行链路传输为基础,依次讨论了基于空间复用、空间分集、混合结构下的单用户预编码技术,分别对各种不同信道状态信息下的预编码技术进行理论推导、算法分析以及性能仿真。本论文主要研究成果如下:第一:提出了一种基于STBC-VBLAST混合结构的预编码技术。该方案以系统成对差错概率最小或信道容量最大为准则,发射端先对各个STBC码块对应的子信道进行QR矩阵分解,将上三角矩阵R的对角线上的矩阵块作为去除其它层干扰的等效子信道矩阵,再对各子信道矩阵进行特征值分解,得到各子层特征波束成型方向,在波束成型方向上利用注水原则进行能量分配。将各子层的预编码矩阵进行块对角化,得到系统预编码矩阵。所提方案适用于TDD模式,可充分利用信道状态信息,有效降低STBC-VBLAST系统误码率,同时提高系统信道容量。经MATLAB仿真,该方案在采用低维信号调制时,效果尤其较显著。第二:针对信道存在相关性与秩亏的VBLAST空间复用系统,在发射端已知信道协方差统计信息时,分析相关信道下的系统成对差错概率,推导出发射端已知信道协方差统计信息下的预编码矩阵,理论分析指出,最优统计预编码阵由发射相关矩阵前几个较大特征值对应的特征向量组成,同时,功率在各个特征方向上进行等额分配,该方案可显著改善系统差错性能。经仿真验证,统计预编码阵可减小信道相关性对系统性能带来的衰减。第三:针对存在空间相关性的开环线性星座预编码(LCP)系统,通过对系统差错性能与编码准则的分析,得出在独立同分布或者弱相关信道下,LCP方法在提供分集增益的同时,还可获得较高的编码增益,但在强相关信道下,信道相关性对LCP编码的影响较大,使得LCP方法只能提供分集增益,而无法获得编码增益。本文还对基于空间复用的VBLAST、基于发射分集的STBC系统在不同CSIT下的预编码设计进行了总结。对于空间复用VBLAST系统,依次讨论了1)发射端完全已知信道状态信息下,接收机采用线性或非线性检测器时的最优线性预编码问题;2)发射端仅已知信道协方差统计信息,信道存在秩亏时的线性统计预编码问题;3)对于限速率反馈系统,发射端根据反馈信息从码本中选择合适的码字作为预编码矩阵,本文对格拉斯曼空间打包、矢量量化两种码本设计方法进行研究;4)对于已知信道协方差统计特性的限速率反馈系统,码本可由发射相关矩阵的特征向量,以及将特征向量进行缩放旋转后的新向量构成,其性能在统计预编码与完全已知CSI下的最优预编码性能之间。最后,对于完全发射分集STBC系统,分别在发射端已知信道协方差信息、均值与协方差信息、存在信道误差信息三种CSIT情况下,从系统差错性能出发,推导出不同CSI对应的最优化目标函数,再对目标函数进行求解,得到线性预编码矩阵。分别对上述情况下预编码系统的差错性能进行仿真分析,验证预编码对系统性能的改善。