载波技术作为物理层重要组成部分之一,一直是备受关注的下一代通信系统关键技术。近年来,多种多样的载波技术层出不穷,匹配不同的应用场景。本文拟针对三种典型载波技术分别研究信号统计特性相匹配的分集技术,并根据分集信号结构分别选择与之适配的信号处理工具。传统分集技术依靠额外的物理层资源开销,依赖时间、频率、空间等维度提升系统性能,它们为系统带来性能增益的同时也制约了分集技术的进一步发展。进一步扩展统计独立的新分集维度可以增加信号设计的自由度,从而获得额外的分集增益。加权分数傅里叶变换（Weighted-type Fractional Fourier Transform,WFRFT）信号由重复的时域信号分量和频域信号分量叠加构成,这与分集技术有着异曲同工之妙,其变换过程中不改变信号原本占有的物理层资源。这样依靠变换域计算获得统计独立信号的维度称之为计算维度,相应的分集方法称之为计算分集方法,利用多种变换域信号处理方式构造时频特性不同的分集信号,可以满足多种载波系统下的应用。基于上述设想,本文提出基于加权分数域扩展信号维度的方法。针对传统通信方法受制于有限的时、频、空物理资源的问题,在不占用额外物理资源的前提下,研究建立变换域统计独立分集维度,实现信道资源的统计维度扩展;在机理分析基础上,从匹配载波体制的角度出发,充分利用扩展加权分数域信号复制备份的结构特性和分布平均的能量特性扩展信号的统计独立维度,以此提升接收端的误码性能,实现物理资源受限下的发射分集。首先,研究匹配多载波（Multi-carrier,MC）系统计算分集方法。考虑到保持多载波信号原有的时频特性不变,分集信号理应由数个频域信号叠加构成;若要使得变换后的信号在接收端通过反变换进行恢复,则需要变换方法为酉变换。因此,选择只含有两项频域分量的频域扩展WFRFT处理数据,将原始信号转变为两个频域信号的叠加,二者互为备份,降低共同衰落概率,以获得分集增益,得到频域两分量计算分集（Frequency Domain Dual Component Computation Diversity,FDC-CD）方法。然后,利用FDC-CD对传统OFDM系统进行改进,降低OFDM系统的误码率,提高分集增益。由于两个分量可分离传输,研究两天线发射方案,利用天线提供的自由度进一步提高计算分集方法的性能。在此基础上,研究了功率控制方案,根据信道条件分配功率,进而获得最佳变换系数的方案。其次,研究匹配单载波（Single Carrier,SC）系统计算分集方案——时域两分量计算分集（Time Domain Dual Computation Diversity,TDC-CD）方法。构建仅由两个时域信号叠加而成的发射信号,选择时域两分量扩展WFRFT处理信号,结合数学推导和模拟仿真证明了该方案对提高分集增益的贡献。详细阐述了利用TDC-CD改进单载波系统的过程,并通过仿真验证了性能增益。针对TDC-CD的数据块构造存在中部相关性较高的问题,提出了能量平均化策略,达到降低误码率的目的。考虑到发射端功率受限的情况,对TDC-CD的发射信号功率回退情况做出了分析,结果表明TDC-CD对降低发射端功率有着良好的效果。第三,研究了匹配混合载波（Hybrid Carrier,HC）系统的分数域四分量计算分集（Fractional Domain Four Component Computation Diversity,FRFC-CD）方法。由于混合载波信号为时域信号和频域信号加权和,其在双弥散信道下表现良好,因此引入WFRFT构建FRFC-CD信号实现分集,并以降低误码率、提高分集增益为目标进行参数优化。本文共设计了三种计算分集方案,也在这里对分集性能进行了比较分析,说明了适配场景。针对空闲资源较多的情况,研究了高阶计算分集方案,设计了配套的高阶能量平均化策略联合应用,仿真证明高阶计算分集方案的分集增益得到进一步提高。计算分集的基本思想是利用变换域信号的特点构建新的、统计独立的分集维度,在不占用额外的时频空资源的前提下获得分集增益、降低误码率和提高通信可靠性,根据信号特点和不同载波体制相匹配,实现匹配多种载波技术的目的。