当前,随着Internet商用化带动的视频、音频以及数字通信技术的发展,人们对无线通信寄予了更高的希望,宽带化、分组化、综合化、个人化已成为未来无线通信的发展趋势,实现“全球信息村”的美好蓝图正不断清晰起来。然而,这一目标的实现仍然面临许多技术挑战,存在大量问题有待解决。本文主要研究宽带无线通信系统中的同步、信道估计以及空时编码等关键技术,取得的主要研究成果如下:1.针对SISO-OFDM系统同步,提出了一种基于伪随机加权训练序列的时频同步方案和一种基于共轭对称训练序列的时频同步方案。前者利用伪随机加权因子的良好自相关性以及本原训练序列的分段共轭对称性进行符号定时偏移估计,消除了传统方案中重复序列引起的定时旁瓣,提高了估计性能,同时它利用本原训练序列中的重复序列进行迭代频率偏移估计,在保证估计精度的同时扩大了频偏估计范围;后者利用提出训练序列的时域共轭对称性进行符号定时偏移估计,利用提出训练序列的频域良好自相关性进行频率偏移估计,相比传统方案,它的定时和频率偏移估计性能更好,频偏估计范围更大,可以覆盖整个信号带宽;2.针对MIMO-OFDM系统同步,提出了一种基于伪随机加权训练序列的分布式MIMO-OFDM时频同步方案和一种基于共轭对称训练序列的集中式MIMO-OFDM时频同步方案。前者在时域对各发射天线的本原训练序列用具有良好互相关性的伪随机序列进行加权,抑制了天线间的信号干扰,从而能够同时估计出所有收发天线对之间的定时和频率偏移;后者在各发射天线均发送时域具有共轭对称性、频域具有良好自相关性的训练序列,利用这一序列进行时频同步,可以更加准确地估计定时和频率偏移,并且频偏估计范围更大;另外,针对MIMO-OFDM系统采样钟同步,提出了一种幅度加权最小平方估计算法,它无论在高斯信道还是多径信道下均具有良好的性能;3.针对OFDMA上行链路定时同步,提出了一种简单有效的定时偏移估计算法,它能够同时估计出所有用户的定时偏移,并且实现简单,同时适用于连续子载波和交织子载波分配方案;4.针对MIMO-OFDM系统信道估计,提出了一种链式加权LS信道估计算法和一种干扰抑制迭代信道估计算法。前者基于FDM循环导频方案,采用链式加权LS算法估计信道响应,有效地减小了“载波边界效应”带来的估计误差,提高了信道估计的精度;后者基于频域正交导频方案,采用DFT内插获得信道响应初始估值,通过迭代消噪滤波改善信道估值,从而有效地抑制了载波间干扰以及加性噪声的影响,提高了信道估计的精度,同时它不需要信道统计信息以及矩阵求逆运算,实现相对简单;5.针对网格空时编码,提出了一种低阶调制非满秩网格空时码,它在保证传输速率不变的条件下,通过牺牲部分分集度来降低调制阶数,从而提高了系统性能。与同速率的满秩网格空时码相比,它能获得更好的误码性能,并且实现简单。