近年来,随着高速铁路和高速公路的发展,高速移动环境下的通信需求也日益增多,并且对通信质量和系统容量等指标有了更高的要求,与此同时,移动通信系统也在飞速发展中,LTE的演进系统LTE-A(LongTermEvolution-Advanced)已经完成大范围部署。LTE-A采用正交频分复用技术(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)作为多载波传输方案,它将信道分为多个正交的子通道,能有效的消除码间串扰,提高频谱利用率,简化信道均衡等模块的设计。然而,在高速移动环境下,无线信道变化十分剧烈,导致信道估计精度下降,此外,收发两端的相对运动将引入多普勒频率偏移,进而破坏OFDM系统子信道之间的正交性,产生载波间干扰,损害通信系统的整体性能。因而,在高速移动环境下如何提高信道估计的精度以及降低载波间干扰已经成为影响LTE-A系统接收性能的重要因素。本文主要研究如何提升LTE-A系统在高速移动环境下的信道估计精度和接收机性能。首先我们研究了无线信道小尺度衰落特性,重点关注了无线信道的统计特性、时变特性和典型的多普勒谱等关键参数,分析了 OFDM系统的原理、传输函数、导频结构以及其在高速移动环境下所经历的挑战,并以高速铁路场景作为典型的高速移动环境,介绍了它的特点和组网方式。然后,针对传统频域信道估计算法应用在高速移动场景下存在的不足,我们提出了扩展U型谱信道估计算法和联合频偏估计的信道估计算法。前者利用U型谱来模拟高速移动场景的多普勒谱,并估计谱的宽度,后者估计信道的多径多普勒频偏,进而获取更为准确的信道时频域相关信息,从而提高了信道插值和滤波的精度,降低了信道估计的误差。此外,我们还对多种频域信道估计算法进行了仿真分析,验证所提出算法带来的性能增益。最后,在高速移动环境,本文研究了基扩展模型下OFDM系统的时域信道估计算法。我们先介绍了常用的基扩展模型,并对其在高铁移动场景下的建模误差进行了分析,然后提出了联合载波间干扰消除的基扩展信道估计算法,它通过两次迭代干扰相消,能有效的降低载波间干扰对信道估计精度和系统性能的影响,仿真结果表明该算法能有效的降低信道估计误差,提高系统接收机性能。