随着移动互联网和物联网的飞速发展,为了应对移动数据流量的爆发性增长、海量的设备连接以及各类新型业务的不断涌现,第五代移动通信(5G)系统应运而生,将为用户提供光纤般的接入速率,“零”时延的使用体验。毋庸置疑,时延是未来5G系统中非常重要的性能指标,为此本文将进行以下研究:针对如何精确估计多载波无线通信系统端到端时延的问题,首先基于有效容量模型提出了一个包括链路层及物理层的跨层系统模型,系统信道模型服从Nakagami-m分布,数据到达符合伯努利分布且数据长度服从指数分布,随后精确估计了该系统端到端时延的分布函数,最后通过搭建仿真平台对不同衰落信道下的分析结果与仿真结果进行对比。针对如何提高估计多载波系统端到端时延的效率问题,首先分析表明二分法由于其线性收敛性并不适用于多载波系统,接着基于牛顿迭代法进行求解,通过减少迭代次数大大提升估计效率。进一步地,为了完全避免在迭代中进行积分运算并解决多载波无线通信系统中有效容量表达式过于复杂的问题,提出了面向多载波系统的简化有效容量,由此得到简化有效容量模型,最后通过仿真验证结果。针对多径并发传输系统的端到端时延及带宽性能,首先研究了一种利用Netfilter机制在Linux内核态实现的跨层多径并发传输技术,然后基于该技术设计并搭建了对应的传输系统平台,对系统在具有不同业务源及负载情况下的端到端时延进行测量,并利用有效容量模型进行分析,最后对多径并发传输系统的带宽性能进行测试,验证其高速传输能力。综上所述,论文主要围绕端到端时延这一重要的性能指标展开工作,精确估计了多载波无线通信系统中端到端时延的分布函数,并提出其快速估计的方法,最后对多径并发传输系统的端到端时延进行测量分析,并验证其在带宽聚合方面的性能提升。