新兴移动通信应用场景对5G系统的物理层空口设计提出了新的要求,需要一种灵活的空口框架来实现这些新需求。尽管正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)能有效克服多径信道带来的干扰,但其具有较大的带外功率泄露,需要额外的保护频带来避免邻道干扰;需要较长的循环前缀,不能最大化频谱利用率;对载波间干扰敏感,需要严苛的时频同步,为了克服OFDM的不足5G新型多载波技术成为当下的研究热点。本文研究了5G中的新型多载波技术,分析比较了OFDM、滤波器组多载波(Filter Bank Multicarrier,FBMC)、广义频分复用(General Frequency Division Multiplexing,GFDM)和通用滤波多载波(Universal-Filtered Multicarrier,UFMC)在带外功率泄露、峰均比、频谱效率方面的差异,在此基础上重点研究了通用滤波多载波的信道估计和均衡方案及多输入多输出传输方案,具体工作内容包括:1、研究了UFMC技术的原理及其子带滤波器的设计,理论分析了子带滤波器对其子载波频谱的影响,同时仿真分析了UFMC的性能。具体地,通过理论推导证明了其在AWGN信道下是一种正交的多载波技术;为简化子带滤波器的设计过程,研究了一种简单的子带滤波器设计方法,该方法适用于子带大小相同的UFMC系统;通过理论分析子带滤波器的影响,得出在UFMC系统中子带滤波器的长度应随着FFT点数的增大而增大;仿真对比了在上行链路中多用户不同步通信场景下UFMC和OFDM的性能及两者的抗频偏性能,仿真结果表明UFMC总具有更好的表现,更适合作为5G中具有宽松同步要求的应用的多载波实现技术。2、对比分析了UFMC、OFDM、FBMC和GFDM在带外功率泄露、峰均比、频谱效率方面的差异。仿真结果表明,基于子载波滤波的FBMC、GFDM具有更低的带外功率泄露;由于使用了各种滤波器,三种新型的5G多载波技术都具有比OFDM稍大的峰均比特性;在频谱效率方面,当帧长度较小时OFDM、UFMC具有更高的频谱效率,随着帧长度的增加四者效率相近,因此GFDM与FBMC更适合5G中帧长度较长的业务的传输,UFMC更适合5G中短帧业务的传输。3、设计了UFMC系统中的信道估计和均衡方案。为消除多径信道带来的干扰,本文提出了适用于UFMC系统的信道估计方案,该方案设计了具有重复结构的导频进行信道估计,复杂度低;为解决UFMC在多径信道下容易遭受符号间干扰的问题,提出了基于干扰消除的Zero-Forcing均衡算法和基于迭代干扰消除的均衡算法,两种算法均能够在消除ISI的基础上进一步消除ICI和IBI。仿真结果表明,本文提出的信道估计和均衡算法能有效消除UFMC在多径信道下所经受的ISI、ICI和IBI,有助于推动UFMC在实际系统中应用。4、解决了如何将UFMC与MIMO结合的问题。为将两种技术结合,本文提出了基于截断循环前缀UFMC的UFMC-MIMO传输方案,并从理论上证明了该方案的正确性。该方案能够在保留传统UFMC技术优点的情况下,进一步降低该技术的实现复杂度,并能够减少为抵抗多径信道干扰所使用的开销,同时已有的MIMO技术能够通过适当地修改应用于本文所提的UFMC-MIMO架构。仿真结果表明,本文所提UFMC-MIMO传输方案比OFDM-MIMO传输方案在抗频偏上表现出了更好的性能,更适于5G系统中具有宽松同步特点的应用。