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随着移动通信与互联网的飞速发展,“宽带化”是下一代移动通信发展的必然趋势。正交频分复用(OFDM)和多输入多输出(MIMO)技术能够有效地提高数据传输速率与频谱利用效率,被认为是下一代移动通信系统物理层的核心技术。本论文对MIMO-OFDM系统物理层的若干关键理论和技术进行了深入研究,包括：信道估计、专用导频设计等问题。论文的主要工作和创新点在于：1.基于导频符号的OFDM信道估计技术的研究本论文对一些经典的信道估计算法进行了总结,并在此基础上提出了一种改进的OFDM信道估计方案——分段最小均方误差(Segment Minimum Mean Squared Error, SMMSE)信道估计。该方案将全带宽进行划分为连续的、大小相等的多个窄带,在每个窄带内进行最小均方误差(Minimum Mean Squared Error, MMSE)信道估计,从而在带导频的OFDM符号上计算得到全频带信道估计,在此基础上,对当前子帧内在每个子载波上进行时间方向的MMSE信道估计,求出所有时频资源的信道响应。通过复杂度分析与仿真得到误块率(BLock Error Ratio, BLER)性能来看,所提方案可以在性能损失较小的情况下极大地减少运算量,这为MMSE信道估计方法有效应用于实际系统提供支持。2.参数化OFDM信道估计技术的研究本论文考虑到MMSE信道估计需要知道信道的先验统计信息,在之前SMMSE信道估计的基础上,提出了一种快速的、低运算量的参数化OFDM信道估计方案,并给出具体的实现方式。该方案包括：信道多径参数的估计,最大多普勒频移的估计,信道参数估计与SMMSE信道估计的结合。该方案使用较少的子帧,延迟较小,保证了估计的有效性；另外,该方案避免使用运算量较大的操作,控制运算量。仿真结果表明,所提方案能够估计出信道参数,使得SMMSE信道估计方案能够适应于各种信道环境下。另外,仿真结果表明,所提方案具有比经典参数化信道估计方案更优越的性能。3. MIMO-OFDM系统专用导频的设计本论文分析了专用导频在多层传输的优势,对MIMO-OFDM系统多层传输中层数为2的情况,从导频密度、导频复用方式、导频放置位置等方面对专用导频的设计进行深入的研究。在导频密度上,综合考虑了专用导频对信道估计性能与占用时频资源的影响,分别把两种影响转化为等效的信干比(Signal to Interference plus Noise Ratio, SINR),再计算总体的等效SINR,最后从各种导频密度中选取SINR损失最小的导频密度。在导频复用方式和导频放置位置方面,推导出层间专用导频实现正交性的两种复用方式——频分复用与码分复用,然后分别在两种复用方式框架下结合链路的频谱效率与导频图案设计的实用性,确定最佳的专用导频放置位置。最后通过对两种复用方式的比较,结合各导频图案的性能仿真结果,得到最适合两层传输的专用导频图案。论文的研究方法可以推广至更高阶传输时的专用导频设计；研究结果,也即两层传输时的专用导频图案,也可以作为更高阶传输时专用导频设计的基础。以上研究成果,分别以学术论文的形式被IEEE的期刊和会议以及国内期刊所录用。