在无线高速移动环境中,相干检测通信系统需要实时精确的相偏补偿、多普勒频移补偿等操作,这也意味着复杂的计算和高昂的硬件成本。非相干检测技术因为能弥补这些缺陷成为研究热点,其中能量检测具有抗多普勒频移,抗随机相位干扰,结构简单的优点。MIMO技术充分利用空分信道,可进一步提高通信系统容量和频谱利用率。能量检测与MIMO结合可以满足在无线高速移动环境下高容量、高可靠性的需求。本文针对无线高速移动通信环境,提出基于随相信号最佳接收机的非相干MIMO通信系统,并基于软件无线电平台搭建了无线收发系统,结合信道仿真仪VR5实际测试了在高铁信道下的性能。论文主要研究如下:1、阐述了非相干MIMO技术的国内外研究现状,以及随相信号的最佳接收机结构。分析了高速移动通信信道的MIMO信道模型。2、将MFSK非相干能量检测系统与MIMO技术结合,提出MIMO MFSK通信系统,理论推导了其系统模型,并通过仿真分析了其性能。由各频点能量检测顺序排列位置固定的思想,提出基于位置判定的MLD算法,减小了解调计算复杂度。3、将FSK最佳接收机技术与MIMO技术结合,提出MIMO FSK随相检测通信系统,从理论公式上推导其系统原理,在能量检测的基础上简化了系统模型,仿真分析了在高铁信道的性能,理论性验证了所提随相检测系统的可行性。同时也阐述了MIMO Chirp-BOK随相检测系统的理论推导。4、通过软件无线电USRP-RIO平台实现了4×4 MIMO FSK、MIMO Chirp-BOK,2×2 MIMO MFSK实时无线收发系统,进行了无线散射环境下的测试,并借助信道仿真仪VR5,实测验证了系统在高铁环境下的可行性。