在无线通信系统中，通信双方的相对运动会带来多普勒扩展，并加强信道的时变性，特别是在高速移动环境下，多普勒扩展成为降低系统性能的主要因素。本论文深入研究了多普勒分集技术以有效克服甚至利用多普勒扩展的影响。本文首先研究了发送端多普勒分集技术。论文分析了时变信道下比特交织编码的分集作用。发送端多普勒分集的本质是通过对单路发射信号加以不同的相移，并用多天线分别发送，从而通过增大等效信道的多普勒扩展以令等效信道的时变性增强。理论分析和数字仿真结果证明，类似交织编码分集作用的结论，发端多普勒分集技术随着人为引入的多普勒扩展程度的增加，系统性能得到改善，但在多普勒扩展过于强烈后，系统性能反而变差，论文通过分析和仿真得到了令系统性能最优的多普勒扩展大小。同时，论文研究对比了两种典型的发端多普勒分集方法：基于符号内连续相移或固定相移的分集方法，理论分析和数字仿真结果证明，基于符号内固定相移的多普勒分集技术因为在增大信道时变性的同时并未引入额外的干扰影响，所以性能要优于基于符号内连续相移的多普勒分集技术。其次，论文研究了接收端多普勒分集技术，其通过对接收的时域信号进行不同的频移得到多路分支信号，并利用修正的最大比合并(Maximum RatioCombining，MRC)获取最大的分集增益。本文理论推导验证了合并前各支路信号功率和干扰功率的表达式，并得到修正的最大比合并后，系统信干比理论表达式，该信干比受限于各支路的频偏和加权系数。首先在假定加权系数已确定的前提下，基于系统信干比最大化的目标，得到优化的各支路频偏取值；其次，在各支路频偏确定的前提下，以合并后信干比最大化为目标，得到优化的各支路加权系数。理论分析和数字仿真证明，论文分析正确，采用优化的系统设计可以获取系统性能的提升。最后，论文研究了收发联合的多普勒分集技术。基扩展模型(Basis-ExpansionModel, BEM)更适合快时变信道的描述，本文研究了基于BEM的信道估计技术。理论证明了系统能获取的最大分集阶是由信道系数相关矩阵的秩决定，当预编码后等效信道矩阵满秩时，系统可以获得最大分集阶增益。对于时间选择性信道，多普勒扩展决定了最大可获得的多普勒分集阶数，本文验证了采用范德蒙德预编码以保证等效信道矩阵满秩可以使系统获得满分集；对于双选信道，通过理论分析验证了多普勒扩展和多径数共同决定了最大可获得的联合多径多普勒分集阶数，数字仿真表明系统能有效地取得分集效果。本文深入研究了发送端、接收端和收发联合的多普勒分集技术。研究证明三种方法能有效的减弱多普勒扩展造成的不利影响，甚至利用多普勒扩展达到分集效果。