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随着移动互联网的大规模发展，移动通信技术和短距离高速宽带通信WiFi技术日益成为人们生活必不可少的一部分。更高速率的60GHz无线通信技术也将融合进入WiFi技术，以满足人们对更高速率通信的需求。 本文针对典型单载波系统，提出了完整的基站综测仪解决方案和基于数据辅助联合PN同步的定时误差恢复算法(CM-DA)。本算法利用PN序列相关峰值及次高峰值计算定时误差，其算法精度高于传统的平方律算法和Garden算法。 类比于典型单载波系统，本文着重研究了60GHz无线通信系统及其同步、信道估计和OFDM调制等关键技术。首先，针对60GHz系统帧结构特点，提出了自适应判决的帧同步算法和线性回归载波频偏估计算法。该帧同步算法能够有效抵抗相关峰值平台影响，并且利用简化算法大大提高了算法效率。线性回归频偏算法，将接收到的前导序列与本地序列作相关，提取相关峰值的相位角，利用接续算法，使得相位角满足线性关系，从而利用线性回归理论估计频偏。本文提出的线性回归算法的同步估计精度比传统的自相关算法有显著提高。 其次，本文研究了60GHz无线系统的信道模型与其冲激响应，针对60GHz系统导频结构的特点，提出了基于异构导频的压缩感知信道估计算法。该算法将多个OFDM符号的导频进行编组抽取，构造异构导频组，然后利用压缩感知技术进行信道重构，实现信道估计与均衡。仿真表明该算法精度与格雷互补序列算法相当，能够满足系统对信道估计的要求。然而，该算法只选取了部分导频进行运算，因此运算量只有格雷互补序列算法的1/42，大大节约了系统资源。 最后，本文研究了60GHz系统OFDM调制技术，提出了离散小波变换正交频分复用调制（DWT-OFDM）。本算法利用DWT替代传统的FFT实现多载波调制，并通过理论分析与仿真选取适用于本系统的小波基。经过系统仿真与算法分析表明，本文提出的DWT-OFDM技术性能与复杂度均优于传统的FFT-OFDM调制技术，大大提高了系统性能并且节约了系统资源。 经过算法分析与系统仿真，本文提出的同步、信道估计等关键技术算法适用于60GHz多载波系统，并且能够使系统性能大幅提高。