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为了满足持续增长的数据业务对流量的需求，未来无线通信系统迫切地需要进一步地提高传输效率和可靠性。通过在发送端和接收端配置多根天线，能在时间和频率以外增加无线信道的空间传输自由度。通过在不同的子空间中发送独立的数据，利用空间复用增益，无线通信系统可以成倍地提升系统容量;而通过在不同的子空间中传输相关的数据，利用空间分集增益，无线通信系统可以极大地提高传输的可靠性。本论文从MIMO传输的基本原理出发，结合格基规约算法，对MIMO系统中的预编码算法、同步算法和检测算法进行了深入和创新性研究。 矢量扰动(Vector Perturbation，VP)预编码是一种近似最优的MIMO系统下行链路预编码算法。针对VP预编码算法需要对所有复整数格点进行搜索而导致复杂度过高的问题，本论文提出了一种子集矢量扰动(Subset VP，SVP)预编码算法，能在几乎无性能损失的情况下，大幅度降低算法的运算复杂度。通过结合格基规约LLL算法，进一步提出了一种SVP-LLL算法，能在算法的性能和复杂度之间取得更优的折中。 针对宽带OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)系统对高精度同步的需求，本文提出了一种基于圆周共轭对称训练序列的镜像乘积同步算法。所提算法可以得到类似冲激函数的相关特性函数，在理论最佳位置处直接形成峰值，而在峰值两侧的幅度几乎为零。通过仿真，验证了所提算法能够提高训练序列检测概率、降低时频同步的均方误差。针对一种双循环训练序列，基于CCSS(Cocentric System Studio)仿真平台对其算法进行了实现，并应用于原型样机的研制。 针对LLL算法在格基规约过程中需要保持上三角特性而采用Givens旋转造成复杂度过高的问题，本论文提出了一种排序整数高斯变换(Sorted Integer Gaussian Transformation，SIGT)格基规约算法。所提SIGT算法规避了LLL算法中的Givens旋转运算，采用对幅值最小的向量进行迭代高斯变换的方式来降低运算复杂度。通过仿真，对于对偶格基规约辅助的MIMO检测，所提SIGT算法能以更低的运算复杂度达到与LLL算法相似的误码率性能。