达到更高的频谱效率是通信系统设计者追求的主要目标之一。在过去的数十年中，研究人员将容量概念从香侬信道容量拓展到频谱效率，从而使理论研究越来越接近实际应用的情况。众所周知，正交频分复用(OFDM)具有支持高速率传输的优点；但是，在移动环境下如何对OFDM系统的性能潜力进行挖掘还需要更深入的研究。 为实现更高的频谱效率，论文比较了OFDM、多载波码分多址(MC-CDMA)和前缀码分多址(CP-CDMA)系统的频谱效率，对系统进行了优化设计；然后，提出了一种新的调制、解调算法来降低OFDM系统中由于多普勒频散所引起的子载波间串扰。 论文首先分析了块衰落信道下，使用线性最小均方误差(MMSE)接收机的OFDM、多载波码分多址(MC-CDMA)和前缀码分多址(CP-CDMA)系统的频谱效率，给出了上述三个系统的频谱效率的近似闭式表达式；其中，OFDM系统可以看作是MC-CDMA在扩频比等于1时的一个特例。研究结果表明：OFDM系统具有最高的频谱效率，CP-CDMA系统具有最低的频谱效率，MC-CDMA的频谱效率介于这两者之间。该结果可以从相关文献中的仿真结果得到支持和验证。 在快速时变信道下，论文提出了基于最大化信号干扰噪声比下界和最大化平均频谱效率下界两项OFDM符号长度设计准则，并分别得到了优化设计的有效符号长度的闭式表达式。论文还进一步分析了最优符号长度随最大多普勒频移等参数变化的特性。 最后，论文提出了一种新的加窗技术——“双窗OFDM”来提高OFDM系统抵抗频偏和多普勒频散的性能。双窗OFDM技术在发射端使用两个不同的窗函数分别对奇数、偶数子载波进行脉冲成形。在接收端，通过选择两个窗函数之一对接收信号进行加窗，则一部分子载波的信号被匹配接收，而另一部分子载波的信号由于与接收窗不匹配而被抑制了。论文还提出了窗函数的设计准则来保证子载波间的正交性，并给出了满足该正交条件的一组特解，通过计算机搜索优化了窗函数特解中的参数。对比以往的加窗技术只能抑制子载波的旁瓣，双窗OFDM：方法不仅可以抑制旁瓣，还可以抑制相邻子载波的主瓣以减小干扰。考虑到减小处理复杂度，可以将加窗操作从时域转换到频域进行；从而，双窗OFDM系统的附加复杂度只随子载波数线性增长，相比传统OFDM是很低的。理论分析和仿真结果表明：双窗OFDM的抗频偏和频散的性能明显优于传统OFDM系统。