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本文研究了无线通信系统中零相关带(ZCZ, Zero Correlation Zone)序列集合设计和应用。首先针对现有的ZCZ序列集合生成方法缺乏灵活性,并且只考虑ZCZ单一性质,不能将ZCZ序列集合很好地应用到更广泛的场景当中的不足,提出ZCZ序列集合的因子化生成方法,生成过程为矩阵相乘并在每一次迭代时加入系数矩阵,同时考虑到了ZCZ和非零相关区域(NCZ, Nonzero Correlation Zone)两个方面的性质：在ZCZ方面,长度达到期望界Ze；在NCZ方面,在生成成过程中改变系数矩阵,并搜索具有较低的最大周期白相关旁瓣幅值RA和较低的最大周期互相关幅值RC性质的最佳ZCZ序列集合,特别地,证明了交织因子化生成方法中关于NCZ的间隔零相关带ZMz和间隔非零相关带ZMN的具体长度。然后针对应用ZCZ序列集合时所涉及的相关计算量大而不利于其应用的不足,根据因子化生成方法的特性,设计相应的ZCZ序列集合的周期快速相关器,不论在乘法运算还是加法运算,L点序列的相关运算都把时间复杂度从O(L2)降到了O(L(lgL)),并且当ZCZ序列集合为二相或者四相时,乘法运算可以转换为更为简单的移位运算。最后将ZCZ序列集合应用在SC-MIMO-FDE通信系统中。先是提出时间同步(Tim-ing Synchronization, TS)和信道估计(Channel Estimation, CE)的联合估计：利用足够长的ZCZ,可实现最优CE；利用NCZ的性质,在多径延时信道下很好地完成TS。同时提出二次分组最大幅值选取算法,结合相应的周期快速相关器,不仅解决了做TS时的MIMO信道间的能量干扰问题,而且在TS和CE联合估计性能得到提升的同时,降低了运算复杂度。接着,将ZCZ序列集合用于SC-MIMO-FDE系统的前导序列设计中,利用自身特殊的ZCZ性质、NCZ性质以及相应的周期快速相关器完成前导序列的帧检测、自动增益控制、频率同步、TS、CE以及序列结束标识符等一系列操作。