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为了满足未来移动互联网和物联网等领域多样化的业务需求,第五代（The Fifth Generation,5G）移动通信网络从提高频谱效率、增加网络密度、扩展系统带宽等方面来提升系统容量。大规模多输入多输出（Multiple-Input Multiple-Output,MIMO）技术凭借自身的优势,可以充分利用空间维度的资源,大幅度提高系统频谱效率,改善链路的通信质量,使其成为5G通信网络的关键技术。预编码与检测是多天线无线系统信号处理技术的重要组成部分,运用适当的预编码和检测技术,大规模MIMO系统可以有效果抑制用户数据流间的干扰,使系统的性能进一步提高。由于在基站端部署了大规模的天线阵列,以及服务用户数目的增多,造成信号处理数据规模过大,信号处理算法的复杂度成为制约系统性能的重要因素。因此,低复杂度的预编码和检测算法是大规模MIMO技术的一个重要研究课题。线性最小均方误差（Minimum Mean Square Error,MMSE）检测算法有着较低的运算复杂度同时又能获得较好的检测性能,受到了学术界的广泛关注。但在过去的20年中,对于任意衰落环境下的多天线无线通信系统,MMSE接收机的信号对干扰加噪声比（Signal to Interference Plus Noise Ratio,SINR）都没有一个准确的通用的分布表达式。本论文围绕多天线通信系统中基于MMSE准则的线性检测算法展开研究,考虑了不同的场景:从单小区通信系统到多小区通信系统、从无编码通信系统到编码的通信系统、从小尺度衰落到大尺度衰落信道、从非相关衰落到空间相关衰落信道,具体研究工作如下:第一,在独立瑞利衰落环境下,分析了具有线性MMSE检测的非编码MIMO系统的性能。首先,对于MMSE检测器的输出SINR,通过固定的特征值来确定SINR的条件统计分布。然后再对特征值的分布求平均,来获得SINR统计分布的精确闭合表达式,该表达式对于任意数量的发射和接收天线均有效。推导出的SINR分布表达式是一个标准函数,显示为gamma分布和1/（1+x）多项式的线性组合,其中x代表SINR。其次,根据给定的SINR分布,分析了MMSE MIMO系统的错误性能。对于脉冲振幅调制（Pulse Amplitude Modulation,PAM）和正交幅度调制（Quadrature Amplitude Modulation,QAM）,推导了符号错误概率（Symbol Error Probability,SEP）的准确闭合表达式;而对于相移键控（Phase Shift Keying,PSK）则给出了SEP的近似表达式。另外,利用推导出的SINR分布,分析了MMSE MIMO系统的可达速率并给出了相应的闭合表达式。最后,通过蒙特卡洛仿真验证了理论分析的准确性和有效性。第二,在基于卷积编码的单小区大规模多用户MIMO系统中,假设基站己知理想的信道状态信息（Channel State Information,CSI）,分析了MMSE检测下的系统错误性能。为了刻画系统中用户位置的不同,信道模型综合考虑了小尺度衰落和大尺度衰落。首先,推导出一个适用于任意天线配置的近似SINR分布。然后,利用SINR分布,进一步分析了针对M-QAM调制的大规模MIMO系统的成对差错概率。最后,给出了卷积编码的大规模MIMO系统误码率的紧致上界。对所有情况进行的仿真结果显示,使用推导的表达式获得的理论结果与蒙特卡洛仿真结果非常匹配。第三,导频污染是限制多小区大规模MIMO系统性能的基本因素。关注具有多小区设置的多用户MIMO场景,其中基站利用从终端发送的导频序列来估计CSI。我们采用考虑了导频污染的多小区MMSE（Multi-cell MMSE,M-MMSE）方案,来抑制小区内和小区间的干扰。具体地,首次推导出SINR分布的准确且闭合形式的表达式,该表达式适用于基站端配备有任意数量天线的多小区系统中,参考小区内的任何用户。通过利用M-MMSE检测器输出SINR的通用概率密度分布（Probability Density Function,PDF）,进一步得出了输出SINR的矩生成函数（Moment Generating Function,MGF）和累积分布函数（Cumulative Distribution Function,CDF）。随后作为验证,基于推导出的SINR分布,分别研究了系统的上行可达速率以及能反应系统链路可靠性的中断概率,并给出了对应的准确闭合表达式。此外,在天数量较大的情况下,对系统的相关性能指标进行了渐近分析。最后,准确分析和渐近分析结果均通过仿真验证。第四,在空间发射相关的瑞利衰落条件下,分析了基于MMSE检测的MIMO系统性能。首先推导出了MMSE检测器输出SINR统计分布的精确表达式。在此基础上分析了MIMO MMSE系统的可达速率,并给出可达速率的精确表达式。所获得的分析表达式,对于任意数目的发送和接收天线均有效。另外,在对发送信号传输的空间特性进行预编码优化的情况下,分别推导出了MMSE MIMO系统的SINR分布、错误概率、以及可达速率的通用闭合表达式。最后,对系统的性能指标进行了渐进分析,结果表明随着天线数目的增多,信道的相关性逐渐减弱。