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多天线技术为无线通信系统的设计引入了新的空间自由度,该自由度能够提供复用增益和分集增益,因此多输入多输出(MIMO)系统能够同时提高信息速率和改善通信质量。当多天线技术主要用来提高信息速率时,发射码字一般不具有简化接收机信号处理的结构,此时MIMO系统的信号检测变得比较困难。本文深入讨论了基于序列蒙特卡罗(SMC)技术的MIMO信号检测:提出了采用噪声增强、部分确定性重分配、马尔可夫链蒙特卡罗转移和双系统重采样等方法以提高SMC检测中的粒子分集度,进而改善检测性能;同时给出了利用球形约束和信号星座点的多层比特映射降低检测复杂度的方法。另外,本文还设计了一个基于树结构的通用MIMO检测模型,利用该模型可以系统地比较分析大部分已知的MIMO信号检测方法。在自适应编码调制系统中,接收端一般并不精确已知发射端采用的数字调制方式,因此在信号检测时必须首先确定信号的调制方式。本文首次探讨了基于SMC技术的数字调制识别方法,分别针对MIMO平坦衰落信道和单天线码间干扰信道设计了一类基于SMC技术的数字调制识别方法,该类方法对不同的数字调制星座都有良好的识别性能。和传统的纠错码级联,并在接收端采用联合迭代检测译码,级联空时码能够获得逼近MIMO信道容量限的性能。本文深入研究了MIMO系统的联合信号检测与译码:提出了一种采用迭代多级译码的软输入软输出MIMO信号检测方法,该方法能够以较低的复杂度获得优异的检测性能;设计了一种联合迭代检测译码的迭代停止方法,它能够有效地降低复杂度和译码时延;针对QPSK调制且检测器采用迭代树搜索检测方法的情况,推导了一种有效估计外信息截止值的方法,采用该方法相对于通常的截止值常数设置方法检测性能有一定的改善。在单用户通信系统中的成功应用,极大地激发了多天线技术在多用户通信系统中的推广。本文学习了MIMO广播信道的矢量扰动预编码技术:提出了一种最大化检测信干噪比的矢量扰动预编码方法,该方法相对于最大化检测信噪比的方法性能有极大的提高;利用格归约和临近点搜索技术提出了低复杂度的降低发射符号峰均功率比的方法,以及采用脉幅调制星座量化信道输入的方法。