随着无线通信技术发展和新业务的不断出现，无线资源的使用日趋紧张。如何利用有限的频谱资源获得更高的频谱效率是无线通信中的一项重要任务。MIMO(Multiple Input Multiple Output)无线通信系统，在收、发端均采用多天线，它在提高系统容量和对抗衰落方面是非常得有效的。MIMO系统的正常工作需要有同步的支持。为了更好的保证收发载波同步，收发端可分别采用相同的载波，但是收发载波不能保证完全一致，在出现收发载波频偏的情况下，MIMO系统性能将迅速下降，因而准确的频偏估计对于MIMO系统性能的保证具有非常重要的作用。在实际的应用环境中，MIMO系统还将受到干扰的影响。特别是在军用场合，MIMO系统可能接收到来自某个方向上过来的强定向干扰，其通信可能被堵塞，这种情况下有必要采用相应的定向干扰抑制处理来保证MIMO系统正常的通信。本论文首先对MIMO系统中最基本的系统容量和空时编码进行了概述；然后主要研究MIMO系统中的载波频偏估计以及定向干扰抑制。分析了MIMO系统中的载波频偏估计，研究扩大MIMO系统频偏估计范围的方法；研究时变衰落信道中的载波频偏估计；分析研究MIMO系统中的定向干扰抑制；并研究了空间定向干扰情况下的MIMO系统载波频偏估计；最后还给出了MIMO系统仿真实验研究和分析，主要内容为：一、MIMO系统概述。对MIMO系统中最基本的系统容量和空时编码进行了简要概述。二、研究MIMO系统中的载波频偏估计。首先研究了MIMO系统中载波频偏估计的最大似然估计以及次优闭式估计；最大似然频偏估计的计算量很大，而闭式频偏估计运算量小但支持的频偏范围有限。对于周期正交训练序列情况，基于一定的理论分析，推导出了一种递推的载波频偏估计方法，它可以扩大频偏范围。而对于任意训练序列情况，提出了一种校正的递推频偏估计，使得频偏范围得到进一步的扩大。三、研究时变衰落信道中的载波频偏估计。在时变衰落信道中，载波频偏估计是通过联合估计信道相关统计特性而实现的。利用信道统计相关为实值的特性，提出了一种改进的频偏估计方法，与普通方法相比，它可提高时变衰落信道中载波频偏估计的均方误差性能。四、研究MIMO系统的定向干扰抑制。首先分析了MIMO系统中定向干扰情况的应用背景并建立了定向干扰条件下MIMO系统信号模型；然后分析了阵列天线中的干扰抑制技术，提出了一种阵列天线中基于波束空间分解的变维递推干扰抑制算法，与原有算法相比，在干扰数少的情况下计算量数量级可由O(M~2·L)降至O(M·L~3／2)；接着研究了一种基于最大似然的MIMO系统定向干扰抑制算法并给出了简化算法；最后研究了一种基于数字波束形成的MIMO系统定向干扰抑制，并通过仿真验证了该方法可以有效的抑制干扰。五、研究空间定向干扰情况下的MIMO系统载波频偏估计。针对MIMO系统中存在空间定向干扰的情况，详细推导出了定向干扰情况下MIMO系统载波频偏的最大似然估计；由于定向干扰的空间相关特性的存在，使得寻求载波频偏估计闭式解变得很复杂和困难，针对此提出了一种迭代频偏估计方法，首先将定向干扰按空间非相关来处理，然后通过迭代不断获得干扰相关特性并提高频偏估计的精度。还研究了定向干扰情况下MIMO系统频偏的补偿方案。六、MIMO系统仿真实验研究。给出了MIMO系统中载波频偏估计和定向干扰抑制仿真平台的框图，在平台上进行了静态图像传输和系统误码率特性的仿真实验，通过不同的对比验证了本文中的MIMO系统载波频偏估计和定向干扰抑制算法的有效性。