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为满足无线通信业务量的迅猛增长及接入终端数目的海量增加,第五代移动通信系统(5th Generation Mobile Communication Systems,5G)得到了企业与研究院所的广泛关注,制定全球统一的5G标准己成为业界共同的呼声。波形设计作为无线通信的关键技术之一,是网络规划与设备研制的基础。滤波器组多载波(Filter-Bank Multi-Carrier,FBMC)、广义频分复用(Generalized Frequency Division Multiplexing,GFDM)等基于滤波器的非正交多载波方案由于可以应对增强移动宽带、超高可靠低时延以及大规模机器类通信三大场景的技术需求而得到了大量研究,但是其非正交性严重制约了接收性能。本文面向非正交多载波调制方案,以接收性能与算法复杂度为指标,针对先进接收机设计展开研究。首先,本文研究以消息传递为基本思路的近似贝叶斯推理算法,从因子图结构入手,详细描述最基础的和积算法,从而建立算法中消息传递的基本概念。在此基础上,对和积算法进行合理简化,总结一般消息传递算法的实现过程。同时,在大维系统极限下,基于部分参数的合理近似,通过详细推导得到近似消息传递算法的迭代过程。针对近似消息传递算法的局限性,引入面向非正交系统的正交近似消息传递算法(Orthogonal Approximate Message Passing,OAMP),为后续非正交多载波调制系统的先进接收机设计提供理论基础。其次,本文研究广义频分复用多载波调制系统接收技术,设计得到高性能、低复杂度的先进迭代接收机。从广义频分复用多载波调制方案时、频域调制原理入手,揭示系统非正交特性对传统线性接收机性能的不良影响。为了消除非正交特性造成的损失,提出基于正交近似消息传递的GFDM接收机。在此基础上,考虑等效信道矩阵的结构特征,对分块对角矩阵、块-三对角矩阵等具有独特结构的矩阵特性进行挖掘,联合正交近似消息传递算法理论,同时引入共轭梯度下降法(Conjugate Gradient,CG),以迭代求解的方式规避矩阵求逆的直接运算,提出面向多输入多输出(Multi-Input Multi-Output,MIMO)GFDM 系统的先进接收技术 CG-OAMP 算法。对 CG-OAMP 迭代过程进行详细分析,可以得到,引入共轭梯度下降法可以显著降低正交近似消息传递接收机的计算复杂度。仿真结果表明,在显著降低复杂度的同时,在性能上也能相较传统接收技术得到极大的增益。最后,本文针对循环滤波的滤波器组多载波(Circular Filter-Bank Multi-Carrier,C-FBMC)方案,提出了一种基于正交近似消息传递的迭代接收算法。先对C-FBMC调制矩阵特性进行了推导与分析,得到调制矩阵实域正交的有利结论,在正交近似消息传递算法的理论基础上,提出单输入单输出(Single-InputSingle-Output,SISO)系统下的C-FBMC先进接收机。随后将其推广到MIMO系统下,为降低接收机计算复杂度,将待求逆矩阵变换为块对角矩阵,利用块对角矩阵性质,结合C-FBMC调制矩阵频域特性,得到面向MIMO-C-FBMC的低复杂度OAMP接收算法。仿真结果表明,所提迭代接收机能够在低复杂度实现检测的同时提升MIMO系统频率选择信道下的接收性能。