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住宅和商业环境中部署的宽带无线接入系统都可能要面临对抗无线电传播中的多径时延扩展问题。单载波频域均衡(SC-FDE)技术不仅可以有效的对抗信道的频率选择性衰落、与正交频分复用(OFDM)类似的低复杂度均衡,也能够弥补正交频分复用系统(OFDM)过高的峰均比和对频偏敏感等不足,成为宽带无线接入系统物理层的重要组成技术,被纳入IEEE802.16a (WIMAX)标准,成为第四代(4G)移动通信系统的核心技术之一。宽带多输入多输出(MIMO)技术是在不同天线上发射包含不同信息的信号,从而提高系统的频谱利用率。在不增加天线发射功率和频谱资源的情况下,成倍的提高信道容量。MIMO与SC-FDE的结合,克服了传统单输入单输出(SISO)频域均衡(SC-FDE)频谱利用率低的缺点,成为下一代移动通信系统研究的热点。不同于普通的时域均衡技术(TDE),单载波频域均衡(SC-FDE)系统在均衡时需要知道各子信道衰减因子的相位和幅度信息,因此信道估计成为单载波频域均衡(SC-FDE)系统中必不可少的部分,并将直接影响整个通信系统的性能。通过引入良好自相关特性和互相关正交特性的训练序列可以在MIMO SC-FDE系统中进行信道估计时有效分离各天线及其多径的影响,并可利用训练序列在接收端进行噪声方差估计,减少了系统设计的额外开销。通过在系统中引入迭代信道估计,加入数据相关的信息可以进一步提高系统增益。本文首先对单载频波频域均衡与MIMO技术进行了较为深入的探讨,通过大量推导计算分析了单载波频域均衡系统性能和MIMO信道容量。随后论文从基于导频的信道估计入手,从时域和频域两个方面重点研究了信道估计算法并对算法性能进行了仿真。本文同时研究了基于Turbo编码的迭代信道估计和基于训练序列的噪声方差估计。论文最后一章以TI C6678高性能定浮点DSP作为载体,从内存规划,多核同步并行执行着手,重点详细地介绍了信道估计、迭代信道估计及噪声方差估计的多核实现,给出了详细的实现过程。重点介绍了DSP优化过程中的多种优化策略,从告知编译器信息、系统数据调度和Cache几个方面详细介绍了代码优化的各种手段,并通过表格形式详细给出各种优化手段对系统执行效率的提升。