现代无线通信系统的主要特征是不同种类的无线接入点部署得越来越密集,使得系统所受干扰变得越来越大。因此诸如多输入多输出技术,协同传输技术,以及更高效的信号检测算法等可以有效消除通信系统中干扰的技术被越来越广泛的应用,但这样一来也使得通信系统变得愈发复杂,于是就需要一种更有效的,能针对通信系统中的关键因子,诸如衰落特性、路径损耗、干扰以及信道状态信息等进行理论分析的数学工具。本文主要研究一种基于高维随机矩阵理论,并被证明可以在若干种实际通信场景的理论分析中发挥作用的数学工具。首先介绍了随机矩阵基础理论以及已知的一些重要结论,并且对常见的多输入多输出通信系统模型进行了简要说明。接着利用随机矩阵理论的相关应用对多入多出通信系统的一些重要特征分别进行仿真以及近似理论分析(平均互信息,信道容量,信号干扰噪声比等),并比较二者结果。随后对随机矩阵理论在两种更加复杂的多输入多输出通信场景中的应用进行了详细分析。包括网络多输入输通信系统以及大尺度多入多出通信系统中的性能近似分析。文中所述方法在有着大量发射天线和接收天线的大维系统中可以提供非常有效的近似性能分析。尽管分析结果是基于大维系统得出的,但通过随后的仿真可以看到这些结论在实际小维系统中依然适用。在大部分情况下,针对有限维通信系统中影响性能指标的特定参数利用这种方法进行理论分析,能够得到既简略又有效的近似结果,对于无线通信系统的物理层分析来说也极大的降低了其复杂度。