随着通信技术的发展,无线通信网络不仅需要提供数据传输业务,还需要融合许多其他功能。高精度授时测距与无线通信一体化技术是未来无线网络的重要发展趋势。目前,一体化技术面临的挑战主要有:一是如何设计兼顾授时测距性能以及通信性能的波形;二是如何提升高速移动场景下的授时测距精度。因此,本文对授时测距与无线通信一体化技术进行研究,旨在提升授时测距精度并且获得高速的通信性能。首先,本文从双向授时同步流程入手,结合时钟模型分析了影响其精度的原因。介绍了基于前导序列的定时同步流程,并在此基础上给出基于内插的改进方案,通过提升时间戳测量精度提高系统精度。通过仿真以及上板实测验证了内插方案的时间戳记录精度,内插后最高可以将精度提升到采样速率的0.1倍左右。然后,本文针对低速场景给出了物理层波形体制设计方案。本文考虑最大发射功率受限的场景,同时考虑发射信号的峰均比（PAPR）与信道容量。当系统的峰值发射功率相同时,峰均比较低的信号在发射端能够获得较高的平均功率,从而在接收端能够获得较高的信噪比以及信道容量。基于上述分析,我们综合考虑延时估计的克拉美罗下界（CRLB）以及峰均比,给出了适合授时测距与无线通信一体化的成形滤波器参数以及混合二进制偏移载波调制参数。最后,本文针对高速移动场景提出了基于正交时频空间调制（OTFS）技术的延时速度估计方案。在高速场景下需要速度的估计才能进行高精度授时测距,因此引入了多普勒频移以及信道模型,将问题转化为对信道延时以及多普勒频移的估计。本文介绍了正交时频空间调制常用的基于离散导频信道估计的方法。针对其缺陷,我们首先给出单径下分数多普勒频移的解算。然后我们提出基于离散导频与多重信号分类（MUSIC）结合的改进算法。仿真表明,改进算法相比于离散导频算法,延时及速度估计精度均有提升。此外在较高信噪比下,改进算法可以获得与多重信号分类算法同样高的估计精度,并且大幅降低计算复杂度。然后,本文同样分析了正交时频空间调制的峰均比性能并对比正交频分复用（OFDM）,说明其优越性并通过仿真验证了理论。