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可用频谱资源的日益紧张和使用成本的急剧增加,迫使当前和未来的无线通信系统必须对频谱利用率进行优化,以满足无线数据业务的快速增长。近年来,人们开发了一些频谱利用率较高的无线通信技术,其中包括大规模多输入多输出(M-MIMO)系统和多载波传输技术。与传统MIMO系统不同的是,M-MIMO系统在每个基站配备了大量的天线,提供了有利的传输条件,具有传输速率高、连接可靠性好、覆盖区域广等优点。但是,由于在相邻小区中使用非正交的导频序列而引起导频干扰,导致信道估计不准确,从而影响M-MIMO系统的性能。多载波传输技术比单载波传输技术有明显优势,包括传输速率高、具有频率分集能力、多径衰落信道中码间干扰小,已应用于多种电信标准中,包括ADSL、DAB和WLAN等。但是,多载波传输技术具有较高的峰均比(PAPR),这会产生带内失真,增大系统的误码率,也会产生带外辐射,对相邻频带形成干扰。本文针对M-MIMO系统和多载波CDMA传输,深入研究了消除导频污染和降低峰均比的方法,主要创新工作如下:(1)导频污染会造成小区间干扰,进而导致时分复用(TDD)M-MIMO系统的信道状态信息(CSI)估计不准。为此,本文针对多小区TDD M-MIMO系统,提出了一种导频污染消除方案。该方案用Zadoff-Chu序列作为上行链路导频序列,并在每个基站实现不同的正交可变扩频因子(OVSF)码组。然后,每个基站的Zadoff-Chu序列码组与该基站的OVSF码组逐元素相乘,以保证相邻小区间Zadoff-Chu序列码组之间正交。最后,移动站从给定码组中随机地选择一个与OVSF相乘后的Zadoff-Chu序列,并在相干区间开始时刻在随机接入信道上发送。该方案可以使信道状态信息不受污染和下行链路传输不受干扰,获得显著的下行链路和速率增益,且不要求信道的二阶统计量,也不增加额外的训练开销。(2)在多小区TDD M-MIMO系统中,导频序列在不同小区的重用会产生导频污染问题,从而影响前向和后向链路的信道估计。为了在实际的多小区环境下有效地设计TDD M-MIMO系统,有必要评估该系统的速率性能。为此,本文对采用线性预编码的多小区TDD M-MIMO前向链路系统进行了性能评估。首先用最小二乘估计器对前向链路和反向链路进行信道估计;然后,分别对具有匹配滤波预编码器与迫零预编码器的多小区TDD M-MIMO系统,推导了其前向链路总和速率的闭式表达式,并据此还得到一些有用的推论。最后,在不同前向链路传输信噪比、基站天线数、小区大小、帧长、反向链路导频信噪比和导频长度条件下,对具有匹配滤波预编码器与迫零预编码器的多小区TDD M-MIMO系统前向链路总和速率性能进行了仿真比较。仿真实验结果表明,采用匹配滤波预编码器的多小区TDD M-MIMO系统具有更好的总和速率性能。(3)多载波传输,其中包含多载波码分多址(MC-CDMA),通常具有较高的峰均比(PAPR),这会产生信号的非线性失真,使系统性能下降。为降低多载波CDMA系统中的峰均比,本文提出一种基于误差控制编码的选择性映射方法。该方法先向原始数据序列添加PAPR控制比特数据,生成若干不同的候选数据序列,它们与原始数据序列含有相同的信息。然后,进行交织处理和误差控制编码。在该方案中,利用卷积码、循环码、Golay码、汉明码和低密度奇偶校验码(LDPC)来进行误差控制编码,以便在接收端对编码后的数据进行误差检测和校验。本文方法能够有效地降低峰均比和功耗,且不用传输边带信息。