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随着移动互联网和物联网的兴起,第五代移动通信系统对网络流量、能效、连接数等指标提出了更高的要求。由于正交频分复用(OFDM)技术应对5G新场景的能力受到限制,比如严格的同步要求不利于机器类通信对低功耗的诉求,以及较高的带外泄露不利于充分挖掘已用频带之间的碎片资源等,因此本文主要关注面向5G通信系统的新型多载波调制技术,重点研究广义频分复用技术(GFDM)在非理想环境下的性能分析和优化设计以及低复杂度的GFDM系统结构。本文的主要工作如下:1、阐述了几种新型的多载波调制技术的基本原理,并且从系统的实现、低时延和信道均衡等方面对其进行了比较。其次,从功率谱、GFDM系统与MIMO技术的兼容性、功率放大器的非线性和IQ不平衡角度对GFDM系统的性能展开分析,通过相应的数值仿真了解到GFDM系统的优缺点和国内外的研究现状,进一步确定了本文主要的研究内容。2、针对GFDM时频资源块的结构特点,提出了一种适用于GFDM系统接收端IQ不平衡补偿的算法。在信道状态信息(CSI)未知的情况下,收发端利用设计良好的训练序列直接估计出IQ不平衡参数,大大节省了训练成本。与先估计信道再获得IQ不平衡参数的做法相比,所提出的算法也可以放松相邻符号之间时不变信道的要求且适用范围更广。仿真结果表明,由该算法估计得到的IQ不平衡参数相对于部分现有算法更加精确。3、设计了一种适用于GFDM系统中信道估计和IQ不平衡补偿的训练序列。结合基于稀疏频域处理的GFDM系统模型,首先展开分析了受接收端IQ不平衡损伤的频域接收信号的结构。其次,为了实现不增加训练成本且能够估计出信道信息和IQ不平衡参数的目标,筛选出部分频点上的信号满足所提出的约束条件,继而推导出相应的训练序列表达式。然后,结合线性插值技术和最小二乘算法,能够获得所有频点上的信道频域响应和IQ不平衡参数。仿真结果表明,本文提出的算法能够较准确地估计出IQ不平衡参数和信道信息并且没有增加训练成本。4、考虑到GFDM系统的灵活性是以牺牲系统的复杂度为代价换取的,提出了一种低复杂度的GFDM系统结构。通过利用原型滤波器在时间和频率上进行循环移位的特性,能够将发射机中的调制矩阵重新表示为两个简单的矩阵的乘积,然后在此基础上降低了GFDM发射机的计算复杂度。其次对MF、ZF和MMSE接收机进行类似发射机的分析并且得到了统一的解调结构。仿真结果表明,本文所提出的GFDM结构能够显著降低计算复杂度并且不会损失任何系统性能。