多输入多输出(MIMO)技术可以显著提高系统容量,而正交频分复用(OFDM)技术可以对抗无线信道中的多径衰落,因此MIMO-OFDM系统能够应对未来移动通信系统中由带宽效率和多径衰落带来的挑战。通过机会调度可以显著提高多用户系统中上下行链路的系统吞吐量,使系统获得多用户分集增益。本文的研究重点是MIMO/OFDM系统中信道估计与多用户分集技术,其中包括存在载波频率偏差(CFO)时的OFDM系统性能分析。 首先研究了频率选择性衰落信道中存在CFO时的OFDM系统性能。通过假设子载波数趋于无穷推导出期望功率损失或系统SNR损失的理论表达式。期望功率损失的理论结果仅与归一化频偏有关；而系统SNR损失的理论结果取决于归一化频偏和噪声功率,并且两者都与信道统计特性无关。仿真结果显示,理论结果与实际结果之间的误差可以忽略不计。其次,研究了多径Rayleigh衰落信道中存在CFO时OFDM系统的平均错误概率性能,提出了采用特征函数并利用Beaulieu序列将BPSK,QPSK,8-PSK以及16-QAM调制符号的SER性能及其采用Gray映射时的BER性能表达成一个关于Bessel函数的无穷级数和的形式。对于符号判决区间为方形的BPSK,QPSK和16-QAM,系统SER和BER性能可以直接由接收信号的实部和虚部的特征函数获得。对于符号判决区间不是方形的8-PSK,利用提出的信号空间分解原理可以近似消除在对其进行平均错误概率性能分析时实部和虚部之间的相关性。最后,文中分析方法可以拓展到OFDM系统采用其它或更高阶调制符号时的平均错误概率性能评估。 其次,论文研究了MIMO-OFDM系统中基于导频辅助的信道估计算法。首先,对于不相关的准静态信道提出了利用信道统计信息的LMMSE信道脉冲响应估计算法来提高传统LS算法的估计性能,并提出了基于奇异值分解的低阶近似和基于最优导频设计的简化结构以降低LMMSE算法的运算复杂度。理论分析结果显示,基于最优导频设计的LMMSE算法在运算复杂度增加有限的情况下使估计性能达到最优。其次,对于快时变信道,针对传统的基于DFT信道频率响应估计算法提出了基于时频变换(TFT)的估计算法。TFT算法进一步抑制了DFT信道估计值中的残留噪声,特别是在系统SNR较低时,TFT算法的性能改善尤为明显。TFT算法复杂度增加有限且适用于准静态,快时变以及子信道相关时的信道估计。最后,针对SFBC-OFDM系统提出了基于TFT的联合迭代信道估计与空频解码算法。联合迭代算法利用接收信号,信道估计值和解码符号进行迭代信道估计和空频解码。联合迭代算法在慢衰落,快衰落以及相关信道条件下都能有效提高系统性能并且具有频谱效率高,利于实现和收敛速度快的优点。 最后,研究了多用户系统中基于反馈门限的多用户分集技术。首先,分析了基于随机选择调度和允许中断调度策略的选择性反馈系统中系统反馈量和系统吞吐量之间的关系。研究结果表明,系统反馈量的渐近性能为其增长率服从O(log K)是使系统和率容量达到形如多用户满分集增益时的增长率渐近性能O(log log K)的充分条件,满足条件时的反馈门限应具有P-1γ(o(1)1/(K-1))的形式,其中,K为系统中的用户数,P-1γ(·)表示信道增益γ的CDF的反函数。其次,研究了基于1-比特反馈系统中和率容量最优的反馈门限。通过对系统和率容量进行合理的近似与假设得到最优反馈门限亦是形如P-1γ(o(1)1/(K-1)),此时,基于1-比特反馈系统采用随机选择调度和允许中断调度策略的和率容量渐近性能为O(log log K)。最后,综合考虑选择性反馈系统和1-比特反馈系统,对于单反馈门限的多用户分集系统而言,反馈门限可以预设为P-1γ(o(1)1/(K-1)),此时系统反馈量的渐近性能为O(log K),而系统吞吐量的渐近性能则为O(log log K)。