零相关区序列设计的理论研究可以广泛应用于码分多址、编码、无线通信、雷达等系统中。序列的相关特性决定了系统抗多址干扰和多径干扰的能力,优良的相关性能决定了系统的误码率性能和传输速率。零相关区序列的数量决定了系统所能容纳的在线用户数量。因此相关特性良好,序列数量众多的设计构造具有重要的意义。本文重点研究了Z-互补序列对及其应用,具体研究工作如下:首先,本文研究了Ⅱ型Z-优化二元Z-互补序列对的构造方法。基本思路是基于长度为N的Golay互补序列对作为初始序列,其中N为整数。利用插入法通过在该Golay互补序列对中插入3个特定位置的码元构造长度为N+3的Z-优化二元Z-互补序列对。Z-互补序列对比Golay互补序列对具有更灵活的码元长度和更多的序列数量,广泛应用于正交频分复用系统和码分多址系统等。其次,本文研究了Ⅱ型Z-优化四相Z-互补序列对的构造方法。Ⅱ型Z-互补序列对在宽带无线通信系统的异步干扰抑制中起着重要作用。基本思路是基于二元Golay互补对、交织技术以及图灵公式,提出了一种Ⅱ型Z-优化四相Z-互补序列对的构造方法。该方法能够获得新长度为2×2α10β2 6γ的Ⅱ型Z-优化偶数长度四相Z-互补序列对,其中α,β,γ为非负整数,且不在已知的Ⅱ型偶数长度四相Z-互补序列对中。然后,本文研究了完美二元/四相交叉Z-互补序列对的构造方法。交叉Z-互补序列对是一种特殊的Z-互补序列对,同时具有前端零自相关区和尾端零自相关区,以及尾端零互相关区。由于交叉Z-互补序列对具有良好的自相关和互相关特性,在频率选择性信道上可实现最优信道估计。此外,交叉Z-互补序列对可以有效应用于空间调制多输入多输出系统的导频序列设计中。基本思路是基于长度为N的加强Golay互补序列对,通过互补伴得到完美二元交叉Z-互补序列对,进而利用本文提出的新型映射构造完美四相交叉Z-互补序列对。同已有方法相比,该方法所构造的序列具有良好的自相关性和互相关性,扩展了完美四相交叉Z-互补序列对的构造方法,为空间调制多输入多输出系统的导频序列设计提供了更多样的序列选择。最后,本文将构造的Z-优化二元Z-互补序列对应用于正交频分复用系统,进行序列仿真,验证其在降低峰均包络功率比上的效果。实验结果表明,与已知结果相比,本文提出的序列在降低峰均包络功率比上优于同长度的已知序列。