随着无线多媒体业务的不断发展,使得商用进程中的第三代移动通信系统也逐渐不能满足需求。国际标准化组织在2007年12月召开的ITU会议上,规定未来第四代移动通信系统,可用频带资源为3.4GHz~3.6GHz,以实现下行链路1Gbps的传输速率,上行链路100Mbps传输速率的高速数据传输。但这样高的速率会带来许多新的问题,譬如频率选择性多径衰落干扰、上行链路多用户不同步和路径延迟扩展带来的多用户干扰、如何在有限带宽下更好提高频谱利用率、发射功率过高等等诸多实际问题。本文首先具体分析了上述四个问题产生的原因,并简要介绍了目前热点解决方案。例如对于频率选择性衰落信道问题,基于最小均方误差的频域均衡技术或多天线(MIMO)分集传输方式,可以有效改善系统的误码率;对于上行链路多用户干扰问题,采用日本安达研究室提出的二维块扩频技术,具有极低的计算复杂度和误码率特性;而作为未来宽带无线通信中的核心技术,多天线空间复用技术(MIMO-SDM)则是目前应用最广研究最多的解决频谱利用率低的方法;应对高速传输中发射功率过高问题,目前研究较为广泛的多用户协作通信模式则是很好的策略。本文的研究则是基于单载波/多载波下的频域均衡技术与二维块扩频技术相结合的上行链路多用户传输系统。围绕合理利用二维扩频码字、改善频率选择性衰落信道带来的干扰、提高频谱利用率、改善二维块扩频系统的性能、信道估计算法、有效利用协作通信模式降低发射功率等展开课题研究,全文主要分为四个部分。首先,针对二维块扩频多用户多媒体传输系统的码字资源有限问题,分别考虑了扩频码的分配算法和复用算法,以期达到有效改善码字利用效率、降低系统中断概率、提高码字复用效率、合理利用资源的目的。码字资源利用问题,可以认为是二维块扩频系统研究的基本问题,因此本文的第2章,将首先对该问题进行论述,并对与之相关的四个具体问题展开讨论,分别为单小区CDMA多用户多媒体传输系统中的码字分配算法、二维块扩频在单小区上行链路中码字分配算法的研究、二维块扩频在多小区上行链路系统中码复用算法的研究和二维块扩频在多小区上行链路系统中码分配算法的综合分析,最后给出较理想的解决方案。通过第2章的研究,可以初步解决由于二维块扩频技术本身特点所固有的码字资源分配问题。下一步需要考虑的则是,能否在基于二维块扩频和频域均衡技术的上行多用户干扰和频率选择性衰落信道中,进一步降低用户误码率、进一步提高频谱利用效率。考虑到MIMO具有分集增益改善系统误码率性能和分集复用改善系统的频谱效率特性的特点,在第3章将基于频域均衡的二维块扩频系统与MIMO系统相结合,讨论上行链路中基于二维块扩频技术的多用户MIMO系统。这部分,主要讨论四个方面,即二维块扩频技术与循环延迟传输分集(CDTD)技术相结合的系统结构和性能分析;二维块扩频技术与空时编码传输分集(STTD)技术相结合的系统结构和性能分析;二维块扩频技术与空时循环延迟传输分集(STCDTD)技术相结合的系统结构和性能分析;并给出二维块扩频与MIMO-SDM相结合时的系统结构,以及对三种相应情况下各自特点的讨论。观察第3章的仿真结果,可以发现当二维块扩频技术与天线分集技术相结合时,随着频率选择性衰落信道的恶化,系统性能将急剧下降。之所以会产生这样的仿真结果,是由多用户二维块扩频系统本身特点所决定的。在本文第1章只是初步介绍了二维块扩频模型,因此在第4章开篇,将再次详尽分析二维块扩频系统的特性,指出之所以二维块扩频系统可以避免多用户干扰(MAI),一是由于采用正交码字使用户保持正交,二是基于信道是慢衰落系统的假设。而当信道变成快衰落系统时,信道参数将在连续的块(block)中发生变化,此时残留的MAI将破坏系统整体性能,尤其当二维块扩频系统联合MIMO分集技术时,对信道特性更为依存时,破坏性更大。据此,其后在第4章,首先将结合MIMO-SDM接收端检测技术,给出几种解决二维块扩频系统在快衰落情况下的解决方案。然后,考虑到上述讨论分析都是针对理想信道估计基础上进行的,而实际系统由于信道估计的偏差,必然会造成系统性能的下降。因此在第4章的后半部分,提出一种基于最小均方误差(MMSE)准则和无迹卡尔曼滤波器(UKF)联合迭代检测的信道估计算法,并把这种算法分别应用在SC/MC-CDMA系统、多天线STTD系统和二维块扩频系统中。实际上在本文的第2、3、4章的讨论中,都是基于传统蜂窝系统的相关研究,考虑到协作通信可以有效的降低发射功率,因此本文第5章将在前几章讨论的基础上,进一步分析上行链路多用户多天线传输系统在协作通信中的相关问题。第5章将首先给出本研究提出的虚拟蜂窝网络结构,然后借用Ad hoc网络中簇头算法相关概念,分别基于系统稳定性、公平性和自适应性,给出了三种簇分配算法,寻找合适的簇头节点。结果表明基于自适应性的簇分配算法具有很好的灵活性,与此同时各方面性能指标也远好于其它簇分配算法。在第5章的最后讨论了多用户MIMO协作系统在虚拟蜂窝协作通信系统下的应用。