诸如毫米波、太赫兹等高频通信频段具有频谱资源丰富、射频聚焦性好等优点,可以极大的满足未来超宽带、超高速的无线网络通信需求。现有高频段通信的核心问题之一是传输能耗控制问题。随着频段增高,电磁信号的空间传播路径耗损呈指数增加,而现有高频段高功率放大器受工艺限制还存在工作效率降低的问题。因此,高频段物理层传输技术在保证传输性能的同时,还需考虑其传输波形对放大器工作效率的影响,避免放大器非线性失真、提高信号有效覆盖范围。基于以上考虑,本文针对高频超宽带无线通信环境,综合评估了多种高频段备选波形的时-频-能性能指标,进而针对备选波形之一的恒包络正交频分复用（Constant Envelope Orthogonal Frequency Division Multiplexing,CE-OFDM）系统进行了波形优化设计,并给出了其在高频超宽带上行多址接入场景下的传输方案和可行性分析。论文主要工作和研究结果如下:首先,论文通过理论推导和数值仿真,综合分析了现有传统恒包络波形、传统多载波波形和多载波改进波形等一系列高频段备选波形在放大器工作效率、检测性能、时频聚焦性等方面的性能指标。研究表明,基于滤波器和基于相位调制的多载波改进波形均可以在时-频-能多域性能间取得较好的平衡,是一类适用于高频超宽带无线通信里的备选波形。在此基础上,论文分别提出了基于预失真和偏移的CE-OFDM波形优化设计。针对现有CE-OFDM波形在增大调制指数时引起的相位周跳噪声问题,提出了限幅CE-OFDM波形改进方法,通过限制相位信号的波动大幅减少解调过程带来的相位周跳噪声,改善检测误码率性能。针对相位调制后载波间能量分布不均衡现象,提出了基于直流分量规划的偏移CE-OFDM波形,通过调整优化载波间能量分布提高整体载波噪声功率比,在非线性失真和误码率性能之间提供了一个折衷方案。最后,论文探索了CE-OFDM上行多址接入技术应用于高频超宽带场景的可行性。论文给出了基于多用户联合检测和单用户检测的CE-OFDM上行多址结构。通过分析多用户CE-OFDM系统中上行用户间干扰的分布特性,提出基于干扰抵消的改进检测方法,减少多用户联合检测的解相位误差和单用户检测的用户间干扰。仿真结果表明,在60G毫米波环境下,基于干扰抵消改进检测的多用户系统性能在调制指数小于0.9的条件下逼近单用户系统性能。