伴随着无线通信的快速发展，人们对无线通信更高数据速率、更优业务质量（ quality of service ， QoS ）、更低能源消耗、更少延时等的企盼与日俱增，合理分配有限的通信资源，融合异构网络、自组织网络、设备到设备通信、移动云计算等技术，来提高频谱利用率、最大化吞吐量和保证传输可靠性成为一种研究趋势，也是 5G 移动通信系统亟待解决的首要问题。

MIMO 技术作为一种多天线传输方案可以解决上述问题，但实际应用中也存在很多弊端 ^[21,107-108] ：发射端同时发送频率相同的信号，导致接收端存在严重的信道间干扰（ inter-channel interference ， ICI ），需采用干扰抵消检测算法消除干扰，增加了系统的复杂性； BLAST 系统在理想信道条件下可以获得较好性能，但在非理想信道条件下性能急剧下降； BLAST 系统结构中，若接收天线数少于发送天线数，会增加接收机的复杂度，降低实用性。

SM 技术可以避免 MIMO 技术的信道间干扰、天线同步、 BLAST 系统的错误传输及接收天线数量限制等问题，而且相比传统的单天线系统，获得了更高的传输速率，从而提高了系统的频谱利用率 ^[54,57] 。但传统 SM 作为一种 MIMO 技术，在实际应用中也受到限制：发送天线数目有严格限定条件；在低功率、小型的基站移动台安置多根发射天线很难实现；相邻发射天线间的距离要远远大于波长，且传输信道需相互独立，以减少系统性能对信道质量的依赖；接收端需完成调制信号的解调和发射天线序号的估计，增加了接收端的复杂度。这些都阻碍了 SM 技术应用到现实通信系统中。

5G 通信系统中面对越来越多的是家庭用户，对未来无线网络中的移动终端设备有小尺寸、恒定功率的要求，这也限制了 MIMO 技术的应用。协作通信技术中，单天线用户可以借助合作伙伴的天线构造出多根虚拟的发送天线，形成虚拟 MIMO 系统，同样可获得多条独立的传输路径和空间分集增益。在此协作通信系统中，用户不仅可以发送自己的信息，还可以帮助传送合作伙伴的信息，有效避免了资源的闲置浪费。而在协作通信中为了保证通信质量，通常要求在任一时隙内，只能有一个中继节点传输信号，其他中继节点需保持同步，导致系统单次传输时间增加，传输效率降低。若将 SM 技术与协作分集技术结合，不仅可避免协作分集的同步问题，有效提高传输效率，而且使新型 SM 系统在不再受上述限制的情况下，获得分集增益 ^[109] 。

本章首先研究了基于天线选择的 SM 系统方案，该方案不仅可以实现任意天线数目的空间调制，并结合大规模天线技术，从中选择最佳天线进行传输，可有效降低系统的误比特率，提高频谱效率和能源效率。此外，在固定频谱利用率的情况下，通过改变调制阶数和天线数目使系统在可靠性和有效性之间取得折中。

其次，将具有天线选择的 SM 技术引入协作中继网络中，并结合传感器网络的分簇技术 ^[110] ，研究了具有空间调制和中继选择的中继传输协议。该协议利用任意数目的中继节点簇组成虚拟 MIMO 网络，选出其中信道状态较好的中继节点簇进行空间调制，不仅有效地改善了系统的分集性能，而且提高了 SM 系统应用的灵活性。 feO+qbHm0AgE/G0kuR4hit63mKQ4z2eAEQZ28Cqa8lJ5e8ijILh1nqhaNX162rxJ