序列是复数域上的有限维离散信号,因其抗干扰、稳定、易实现、高速等特点,被广泛应用于通信、雷达、声呐、密码和计算机网络中,用于实现同步、多址随机接入、信道估计、测距、抗干扰、信息安全等需求。以Golay序列、m-序列、Gold序列、Zadoff-Chu序列为典型代表的序列为多种无线通信标准提供了关键技术支持。一般而言,判断序列的好坏依赖于三个属性:自相关函数、互相关函数和峰值平均包络功率比。然而,随着无线通信网络与技术的飞速发展,各种新的应用场景应运而生。这些新的应用场景对所用的序列也提出了新的需求。因此,迫切需要重新针对不同的应用场景考虑新的序列需求。本文主要针对无线通信网络的新需求,深入研究几类新型序列的设计及其相关应用,主要工作如下:1.正交频分复用技术因其高频谱效率、抗多径干扰等优点而被广泛用于多种无线通信标准中,但信号的高峰值平均包络功率比是其不可忽视的一个缺点。互补序列因其信号具有较低的峰值平均包络功率比而被用来作为正交频分复用系统中的训练序列或码字。然而,传统互补序列没有考虑频谱孔的存在。实际上,在正交频分复用系统中,有些子载波是不允许传递信息的,这些子载波被称为“频谱孔”。本文研究了频谱受限的互补序列的性质,提出了基于互正交互补序列集构造频谱受限的互补序列集的迭代构造,其中,“频谱孔”的位置相对灵活并且是彼此对称的。接着,基于二阶布尔函数构造了一类长度灵活的互正交互补序列集,可用于作为上述迭代构造中的基序列,并计算出该序列集的码率和最小距。上述构造的序列集的峰值平均功率比的上界为互补序列集的大小。2.与在专用连续频谱带上运行的传统正交频分复用系统不同,在正交频分多址中采用动态频谱分配来适应瞬时网络条件和服务质量的不同要求。在动态频谱分配技术中,将大的连续频谱带划分为几个资源块,并且在请求和授予随机接入过程之后,可以为任何用户提供一个或多个连续或不连续的资源块。本文针对具有四个资源块的正交频分多址系统设计了相应的前导序列。基于标准的Golay互补对提出了两类适用于四个资源块的动态频谱分配的正交频分多址系统的序列,并证明出这两类序列的峰值平均功率比在任意分配方案下均不大于4。计算结果表明,在任意分配方式下,这两类序列的峰值平均功率比相比经典序列都具有更好的稳定性和可用性。3.多入多出-正交频分复用是IEEE 802.11ac标准中的关键技术,然而,IEEE 802.11ac的工作频带是5GHz,且多入多出中的空间流个数高达8,使得在超高吞吐量长训练域中,残余载波频偏和相位噪声引起的相移问题更为严重,这将导致多入多出信道估计性能的下降。因此,在超高吞吐量长训练域过程中进行相位跟踪是必要的。同时,正交频分复用信号的高峰值平均功率比也是亟需解决的关键问题。本文针对高频多入多出-正交频分复用系统的导频序列进行设计。首先,提出了低峰值平均包络功率比可旋转序列集的定义。然后,基于广义布尔函数构造了三类导频下标集不同的旋转序列集。最后,提出了几种旋转序列集的一般构造,这些序列的导频下标集可以很小,从而提高频谱利用率。仿真结果表明,本文中提出的可旋转序列的信道估计性能要好于经典的m序列、Zadoff-Chu序列和互补序列。4.多天线传输技术常用训练序列来进行信道估计。与传统的多入多出技术所有发送天线同时发送数据不同,在广义空间调制技术中,在同一时刻激活的天线数要小于发射天线总数,即节省了开销,还提高了速率。由于其传输结构的稀疏性,使得传统的多入多出系统中的训练序列可能不再适用于广义空间调制系统。本文研究了广义空间调制系统中训练框架和最优训练序列的设计。首先,提出了一种新型的序列集—“对称Z-互补码集”,在分析了其相关的理论界后,给出了两种对称Z-互补码集的构造,其中,一类码集的参数达到了理论界。接着,针对广义空间调制系统中传输矩阵的稀疏性,提出了一种训练框架,并证明了,只有应用对称Z-互补码集作为该训练框架中的序列集,生成的训练序列集在最小二乘估计法下,才能达到最小的均方差,即为最优的训练序列集。最后,仿真结果表明,对称Z-互补码集的信道估计性能优于传统的经典序列和用于空间调制系统信道估计的互Z-互补对,并能达到理论推出的最小均方差。