随着无线通信的发展,人们对无线通信需求的急剧增加使得高频谱利用率、高数据传输速率和系统容量成为人们追求的目标,正交频分复用OFDM技术和多输入多输出MIMO技术的引入能够很好地解决这几大问题。但是在解决这些问题的同时,这两种技术也带来了相应的问题。和单载波系统相比,OFDM系统对载波频率偏移很敏感,由载波频率偏移带来的子载波间干扰ICI会导致OFDM系统性能急剧下降,所以,频率同步对OFDM系统至关重要。同时,由于无线通信中存在信道的多径延迟和多普勒扩展效应,要在接收端恢复出数据信号,信道估计很重要,特别是随着高铁的发展,快时变条件下的信道估计技术更是关键。本文的主要工作是在分析已有快时变MIMO OFDM系统频偏和信道联合估计算法的基础上,对已有的算法进行创新改进以改善频偏和信道估计性能。论文首先介绍了MIMO和OFDM技术的基本原理,并从理论上分析了频率偏移对MIMO OFDM系统的影响,同时指出了快时变条件下信道估计遇到的不可解问题以及解决这个问题所采用的方法——基扩展模型(BEM)。为了说明频偏和信道联合估计的重要性,论文仿真验证了频偏对信道估计性能的影响,说明了从改进频偏入手改进信道估计的频偏与信道联合估计的基本思路。接着,论文分别从基于BEM的时域和频域接收信号模型研究并分析了包括最大似然算法、贝叶斯算法、扩展卡尔曼滤波算法和EM算法等快时变MIMO OFDM系统条件下的频偏和信道联合估计算法,并给出了相应的理论界。论文在已有模型的基础上,分析了适用于快时变MIMO OFDM系统的频偏和信道联合估计方案。联合利用导频方案能够改善频偏和信道估计性能,并且随着联合利用导频数目的增加,频偏和信道估计性能越好。基于修正测量信号的频偏和信道联合估计方案从修订测量信号入手,改变了传统最大似然估计算法中的测量信号,仿真表明该方案的频偏和信道估计性能与传统的最大似然频偏和信道估计性能相当,如果能与基于联合导频的估计方案联合运用则有望获得另一种改进的联合估计技术方案。时域频偏估计结合卡尔曼滤波估计信道方案采用时域模型估计频偏,采用频域模型估计信道,两者的结合能得到很好的频偏估计性能,进而得到更好的信道估计性能。论文最后是对快时变信道条件下MIMO OFDM系统多频偏和信道联合估计算法的研究。论文在简述已有的多频偏估计算法的基础上,仿真验证了满足快时变条件下的基于扩展卡尔曼滤波的多频偏和信道联合估计方法。在此基础上,论文提出了采用联合导频的方法进行扩展卡尔曼滤波联合估计频偏和信道,仿真结果表明,基于联合导频的扩展卡尔曼滤波可以有效提升多频偏和信道的联合估计性能。