CDMA是第三代移动通信中一种最主要的技术，而多载波技术为在移动环境所带来的高度不利的无线信道条件下传输高速数据提供了一种好的解决办法，将成为未来宽带无线传输体制的关键技术。此外，多输入多输出(MIMO)技术是未来移动通信提高系统的容量、性能和频谱效率的核心技术，垂直空时分层(V-BLAST)结构也将成为实现高数据速率和传输质量的重要途径。 CDMA技术、多载波调制技术和MIMO垂直空时分层技术三者的结合能很大程度的提升系统性能，适合未来移动通信的需求，因而论文主要针对垂直空时分层多载波CDMA系统上行链路空时信号处理技术做了较全面的分析。 论文重点对MIMO MC-CDMA、MIMO MC-DS-CDMA及MIMO MT-CDMA三种形式上行链路V-BLAST空时发射机和线性迫零接收机结构与性能进行了系统的研究，分别提出了三种方案上行链路空时发射机和接收机结构、信号合并策略，进行了理论上的性能分析。MIMO MC-CDMA系统中的接收机先将接收天线各子载波上的信号进行ZF V-BLAST检测，然后进行频域合并，它的优点在于能降低合并时噪声和干扰的强度，系统的分集增益包括空间分集增益和频率分集增益。而MIMO MC-DS-CDMA系统在平坦衰落信道下，系统的分集增益仅由空间分集提供。MIMO MT-CDMA系统经历了频率选择性衰落信道，接收机先对信号进行V-BLAST检测，然后进行多径合并，系统具有空间分集和多径分集增益。仿真结果表明，通过联合的空、时、频域信号处理，能够获得空、时、频分集增益，减少发射天线数或增加接收天线数均可显著提高系统的性能、容量、服务质量和频谱效率。理论结果通过仿真得到了验证，获得了对所提出方案认识、评价与设计的理论依据。