在无线通信系统中,信道的衰落效应给通信速率要求和可靠性保证带来了很大的挑战。为了对抗衰落,信号空间分集技术应运而生。本文主要围绕该项技术,对其在传统BICM系统,OFDM系统和中继网络中的扩展与应用做出深入研究,力求将这一有效且不占用额外网络资源的新技术进行改造与适应,使其能够应用于多种衰落场景中,并与编码增益、空间分集、时间分集和路径分集等多种技术有效结合,从而达到增加通信系统性能的目的。本研究主要包括以下几方面贡献。首先,论文先对基于信号空间分集的联合编码调制分集技术(JCMD)进行了详细的研究和分析。结果表明,在传统的BICM系统中加入信号空间的相位旋转,并增加了相应的分量交织器之后,系统对抗信道衰落的能力得到了很大的增强。而当进一步对BICM-ID系统进行了改进,通过有效的星座映射和迭代软信息,使用了信号空间分集技术的接收机能够更加充分地利用译码外信息,相比传统的BICM-ID,迭代增益有更大的提升。此外,由于信号空间分集的作用,星座点的每一个分量都存在潜力,能够用以恢复一个乃至多个符号,基于这个原理提出的分量解调技术使得中继节点可以在仅仅接收到一部分信号的情况下恢复出完整的信息块。本研究利用这个方法,将信号空间分集技术扩展到协同通信的场景中,得到了有效的分布式算法并对其进行了仿真验证。最后,基于信号空间分集的JCMD系统被实现到了LTE基站的硬件平台上。通过在实际的DSP设备和信道模拟仪器上的测试,本文证明了信号空间分集技术不仅仅在理论上有很大的潜力,同时在实际系统中也能够发挥相应作用。