随着移动通信技术水平的不断进步,有限的频谱资源变得益发弥足珍贵。同时,随着用户数量的爆炸式增长,未来移动通信技术需要满足海量用户的通信需求。因此,未来移动通信技术不仅需要满足用户高效可靠的通信需求,同时又能有效提高系统频谱利用率。在这种背景下,非正交构造的导频设计以及非正交多址接入技术成为诸多学者关注的焦点。本文从系统频谱利用率提升出发,在非正交导频构造设计方面,本文研究了非正交导频结构的信道估计及其优化设计算法,在非正交多址接入系统方面,本文研究了非正交多址接入系统的信道估计以及频偏估计算法。具体工作内容如下:第一章对非正交构造的导频设计和非正交多址技术的研究现状进行了分析,对其中的信道估计算法进行了归纳,并给出本文的主要研究内容及贡献。第二章分别介绍了传统的正交导频设计图案、部分正交导频设计图案以及数据叠加导频的设计图案三种导频设计方案,并对其互相关性进行了仿真分析。随后介绍了非正交多址接入系统,具体包括交分多址正交频分复用(Interleaver-division Multiple Access-Orthogonal Frequency Dvision Multiplexing,IDMA-OFDM)系统,对其检测算法进行了介绍,并给出了数据叠加导频信道估计算法的可达速率理论推导及数值仿真分析。第三章研究了非正交的数据叠加导频的信道估计与检测算法,并对其进行了仿真分析。同时,针对其初始信道估计误差较大的问题,本文提出了两种基于干扰最小化的优化设计算法,包括基于导频选择优化算法和基于交织器选择优化算法。基于导频选择的优化算法是根据发送的数据信息对导频序列进行选择来降低干扰,而基于交织器选择的优化算法是根据发送的导频序列对交织器进行选择来达到降低干扰的目的。第四章针对非正交多址系统对于信道估计精度要求过高的问题,本文提出了基于数据辅助的信道估计算法,该算法利用可靠的数据信息对信道进行更新,提升对信道变化的跟踪性。同时,针对非正交多址OFDM的频偏问题,本文提出了信道和频偏的联合估计的算法,该算法利用正交导频序列的正交性和接收的导频信号在频域上的关系估计出不同用户的频偏和信道信息。第五章对全文的工作内容进行了总结和概括,并根据现有的不足给出了未来的研究方向。