多输入多输出(MIMO)技术是新一代无线通信系统的关键技术之一,它既可以增加传输的可靠性,也可以增加传输的速率。本文的研究就围绕MIMO的理论和应用展开,具体内容包括发射分集技术中的空时码设计准则与方法,空间复用及其与发射分集相结合时的编译码问题,最后从吞吐量的角度研究了这些技术在WLAN系统中的应用。本文的主要研究成果总结如下:首先研究了空时格码(STTC)迹设计准则的改进问题。本文指出迹准则的核心思想虽然是正确的,但给出的成对错误概率上界不合理,好码的设计方法也有不足。于是文中重新推导了成对错误概率上界,给出了分别适用于慢、快衰落的两个新的上界——特征值和方/方和比、以及平方距离和方/方和比。文中对好码的设计方法也做了改进,并且找到了一些性能更好的新码。文中还根据同一个码的特征值和方/方和比分布与平方距离和方/方和比分布的不同,解释了同一个码快慢衰落下存在性能差异的原因。另外还利用迹在快慢衰落下均为码性能主要决定因素的特点,将其用于设计在快慢衰落下均要求有良好性能的智贪码(smart-greedy code),并据此找到了一些性能更好的智贪码。其次,本文将原平坦衰落下的迹准则推广到频率选择性衰落信道。这部分的工作包括两点:一是证明了无论慢衰落还是快衰落,迹准则的核心思想在频率选择性衰落下都仍然成立。二是通过对STTC与空频格码(SFTC)内在联系的理论分析,表明迹准则意义下好的STTC被用作SFTC时亦为好码,同时迹分布的改进思路对于SFTC也仍然适用。在无正交频分复用(OFDM)子载波间交织时,径间时延的增加可显著提高SFTC的性能,但在有交织时对码性能几乎没有提高。而对于OFDM子载波间交织,在径间时延较小时可显著提高码性能,但在时延较大时却会略微降低码性能。另外和STTC一样,增加SFTC的状态数可显著提高码性能。再次,本文研究了基于迹准则的超正交空时格码(SOSTTC)的手工设计问题。在这一部分,本文指出了采用秩-行列式准则进行SOSTTC手工设计的劣势,以及用迹准则进行手工设计的优势。研究了基于迹准则的SOSTTC手工设计中各要素的优化方法,特别是针对不同网格形状详细的给出了网格中信号、空时分组码(STBC)编码方式的手工分配方法。通过借鉴网格编码调制(TCM)中的星座扩展的思想,本文还设计出了一些性能更优的SOSTTC码。最后通过仿真证实了基于迹准则设计的SOSTTC在快衰落下也很好的性能,并指出了SOSTTC译码中容易出现的两种错误。接下来,本文研究了贝尔实验室分层空时结构(BLAST)及其与发射分集相结合的系统中的编译码问题。首先提出了一种改进的组干扰抑制算法——OGIS,该算法通过排序决定组的检测顺序,改善了误比特性能。其次,提出了一种基于OGIS的改进的垂直BLAST(V-BLAST)检测算法,当发射天线数较少时,该方法以可接受的复杂度改善了误比特性能。再次,针对STBC+V-BLAST混合系统,提出了一种简化的最大似然译码算法。针对STTC+V-BLAST混合系统,提出了两种准最大似然译码的算法。这两种算法相比于最大似然算法均大大降低了计算复杂度,相比于传统算法则误比特性能明显提高。文中还对STBC+V-BLAST与STTC+V-BLAST两种混合系统进行了比较,认为前者不仅在计算量上小于后者,而且在误比特性能上也略有优势。最后给出了应用于纯BLAST的5种纠错编译码方案,以及应用于复用-分集混合系统的10种纠错编译码方案,比较了每一种方案的优缺点,并进行了性能的仿真比较。得到的结论是多级译码作为次优译码,其译码的具体方法对性能影响很大,没有哪一种编码方式具有绝对的优势,系统设计时必需将发射端编码方案