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差分通信技术以其实现简单受到越来越多的关注，但与相干通信相比也带来了性能损失。本文以提高差分通信系统性能为目标，对无线通信系统中的差分调制和检测技术进行了系统而深入的研究。本文详细分析了差分通信中影响性能的各种因素，并从差分调制、信号星座图和差分接收这三个方面进行研究来提高差分通信质量。 本文详细的研究了差分调制信号的多符号差分检测。我们基于完整的差分接收信号模型推导了最大似然多符号差分检测准则，并给出在各种信道条件下的检测代价函数和所需先验信道信息，从而更加准确的反应了实际通信系统中差分检测的性能。 提出了一种改进的判决反馈多符号差分检测算法，改善了当接收符号数较少时的差分检测性能。文中还对差分检测中的频偏估计问题进行了深入的研究，提出了一种单差分和双差分联合频偏估计算法，可以和差分接收机很好的结合以对接收信号进行频偏补偿。 为了提高差分调制信号在衰落信道中的性能，我们对差分分集接收进行了研究，提出了一种判决反馈的多符号差分分集接收算法。该算法利用多符号检测的好处以及多接收天线的分集增益和阵列增益提高了差分调制信号在快衰落信道中的接收性能。 本文提出了一种新的差分调制方式，我们称之为相干幅度差分相移键控(CADPSK)。CADPSK对幅度进行相干调制而对相位进行差分调制，和差分幅度相移键控(DAPSK)相比，CADPSK具有更低的检测误码率，同时降低了幅度信息的检测复杂度。在文中我们详细研究了CADPSK的检测性能，并基于理论分析结果对CADPSK星座图进行了优化。 通过本文的研究，我们在发射端和接收端提高了差分通信的质量，使之在实现复杂度和系统性能之间获得了更加令人满意的折中。