在无线通信系统中单载波频域均衡(SC-FDE)和正交频分复用(OFDM)可以用来对抗多径衰落,对于SC-FDE和OFDM系统来说,它们具有相同的性能和实现复杂度,但是SC-FDE的峰均比较低,目前SC-FDE已经应用于LTE上行链路中。而多输入多输出(MIMO)通信系统在空间上建立并行的无线传输信道,最大化的利用空间资源,在信道带宽和发射功率保持不变的情况下仍然能够提高无线通信系统的传输速率和质量。本文主要研究了基于SC-FDE传输模式的MIMO通信系统的相关技术,设计了一套基于FPGA+ARM架构的MIMO通信硬件平台,并且利用该硬件平台验证了超低信噪比下MIMO-SCFDE通信系统的部分模块。首先论述了 MIMO通信系统的基本原理及发送端所用到的空时编码(STBC);分析了 SC-FDE技术的相关原理,包括信道估计和各种频域均衡技术(ZF、MMSE、DFE等);结合MIMO与SC-FDE的相关原理,设计了一套超低信噪比环境下的MIMO-SCFDE通信平台。其次,参考系统的设计方案,结合硬件平台设计流程,设计并实现了 MIMO通信的硬件平台。从系统各个部分的电源设计开始到最终完成硬件平台调试,该过程中涉及到各种芯片的选型、电源时钟电路以及各种接口电路等所有原理图的绘制,同时在硬件调试过程中,完成所有底层芯片配置以及驱动接口的调试,包括DDR3、千兆以太网口、基于GTX的高速口等。最后,在已经完成的硬件平台的基础上,完成了发送端部分模块、接收端部分模块以及中频发送接收模块的测试。通过室内和野外实际测试,系统能够实现在-40dB～50dB的超低信噪比条件下信号的正确接收,验证了我们设计平台的正确性。