运载技术经过了多年的技术演进,如今再一次进入了蓬勃的发展期。高速轨道列车、低空智能无人机、无人驾驶汽车等类似的移动终端不胜枚举,而它们的移动速度更是有了明显的提升。毫无疑问,这些在数量和速度上不断提升的移动用户终端迫使我们重新审视用户移动性对通信系统性能的影响,并在此基础上设计新型自适应传输方法,以应对现有多天线(Multiple-Input Multiple Output,MIMO)通信系统所面临的严峻挑战。设计移动信道下的多天线自适应传输方法需要多方面的深入研究,本论文将重点关注两个方面,即移动信道的分析与感知。具体来讲,分析是指针对移动信道的合理分析模型,包括干扰模型、信道空时相关性模型等。无线通信系统通过对移动信道的合理分析,加以用户移动状态的感知结果,调整发送与接收参数,继而弥补因移动性造成的损害并改善系统性能。另一方面,感知是指针对移动信道的高效感知方法,感知对象包括影响信道状态的障碍物位置、空间传输参数等。利用感知结果,无线通信系统直接进行移动信道的重建,免去频繁的信道估计过程,从而在保证精确性的基础上大幅降低频谱开销。通过以上对移动信道的合理分析、高效感知与有效重建,我们在这篇论文中针对多种移动场景设计了高鲁棒性的多天线自适应传输方法,主要贡献如下:1、移动蜂窝系统干扰模型与容量分析及多天线自适应传输方法。考虑用户以不同速度随机移动的多入多出正交频分多址(Orthogonal Frequency Division Multiple Access,OFDMA)系统。在这样的多用户蜂窝环境中,移动性不仅会造成用户间的子载波间干扰(Inter sub-Carrier Interference,ICI)而且会导致信道老化(channel aging),这使得信道估计与数据传输阶段都遭遇了严重的性能下降。经过深入研究,我们首先利用子载波间干扰模型分析得到了用户移动性与子载波间干扰功率、信道老化程度之间的关系,并顺势计算出因子载波间干扰和信道老化造成的多用户干扰,求得其关于用户移动性的闭式表达式。基于以上结果,我们进一步推导出多入多出正交频分多址系统的上行和速率,刻画了系统和速率随用户移动性的变化趋势。最后,我们设计了通过调整导频百分比优化系统和速率的移动自适应传输方法,并通过仿真验证了所提出方案的有效性。2、线性高移动信道空时相关性建模与多天线自适应传输方法。在此工作中,我们受到高速列车固有的线性移动特性的启发,发现基站与列车多天线阵列间的信道呈现出一种独特的空时二维相关性。基于这种相关结构,我们得以跳出快衰落信道的限制,设计出一种适应于高速列车通信的新型差分空时调制(DifferentialSpace-Time Modulation,DSTM)方案。它不需要进行信道估计,因此极大地降低了高移动场景下的信道估计开销。经过细致的理论分析,我们进一步得到了上述方案的成对差错概率(Pairwise ErrorProbability,PEP)上界。与传统的差分空时调制方案相比,所提出的方案在高移动情形下贡献了可观的性能增益。为了进一步提升系统性能,我们设计了通过调整发送码块长度来最小化误符号率的低复杂度移动自适应传输方法。理论与仿真结果表明,所提出方法的性能要明显优于现有方案。3、毫米波场景感知、信道重建与自适应波束成形传输方法。为了满足人们日益增长的通信需求,毫米波技术受到了越来越多的关注。它不仅开放了大范围的频谱资源,而且还通过波束成形提供了极高的传输增益。业界普遍认为,毫米波将会在未来的5G及后续的通信标准中扮演举足轻重的角色。尽管如此,目前的毫米波技术仍不成熟,在移动宽带应用中面临着一系列的挑战,而其中之一就是信道估计的开销问题。为此,我们设计了基于场景感知与信道重建的毫米波通信系统。它首先通过毫米波雷达探测并感知周围场景,然后利用感知结果快速重建室内任意空间位置处的毫米波信道。相比于传统的基于码书的信道估计方法,所提出的方案不仅提高了准确性而且避免了因用户移动造成的信道重复估计问题。最后,我们设计了基于以上重建信道的自适应波束成形算法,有效提升了毫米波系统的传输速率。