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无线网络日益增长的能源消耗已成为下一代移动通信系统亟需解决的关键问题之一。针对此问题,最近兴起的低成本、低能耗、可编程、易部署的可重构智能表面（reconfigurable intelligent surface,RIS）有望成为一种有效的解决方案。RIS是一种具有可编程电磁特性的人工超表面,通常由大量精心设计的电磁单元排布组成。通过给电磁单元的可调元件施加控制信号,RIS可以动态地调控电磁场的幅度、相位、极化和频率等参数,进而实现智能可重构的无线环境。信道估计与被动波束赋形是RIS辅助通信系统中的两个重要问题。目前已有一些文献对这两个问题进行了研究,但是一方面,现有方案通常采用恒包络的导频符号且主要面向窄带通信系统,限制了RIS的性能;另一方面,现有方案在大规模RIS部署时存在训练开销大、计算复杂度高等诸多问题。针对这些问题,本文系统研究了RIS辅助的通信系统设计,着重讨论了信道估计中的导频功率分配、宽带系统中的被动波束赋形以及低复杂度的信道估计与被动波束赋形设计等问题。本文主要贡献如下:1.针对RIS辅助的单输入单输出（single-input single-output,SISO）通信系统,本文构建了在不完美信道状态信息（channel state information,CSI）下遍历可达速率与导频功率之间的关系,其中分别考虑了单个RIS和多个RIS的情况。通过最大化不完美CSI下的遍历可达速率,本文提出了最优导频功率分配方案。理论分析和仿真结果均表明:对于RIS辅助SISO通信系统的信道估计,在导频总功率受限的情况下,应该分配较多的导频功率来估计直达信道与反射信道中较弱的信道,进而能够提高不完美CSI下的遍历可达速率。理论分析和仿真实验还评估了所提方案下导频信号的峰均功率比。2.针对RIS辅助的正交频分多路复用（orthogonal frequency division multiplexing,OFDM）通信系统,本文率先引入了时延可调的RIS,并建模了基于发射功率分配、反射相移与反射时延联合优化的可达速率最大化问题。随后,本文提出了一种交替优化算法对该问题进行求解。为降低求解复杂度,本文进一步提出了一种启发式算法,并对RIS辅助OFDM通信系统的可达速率进行了理论分析。仿真结果表明:相较于时延不可调的RIS,基于本文所提算法的时延可调RIS能够显著提升OFDM通信系统的可达速率。仿真实验还评估了不完美CSI以及实际器件功率衰减对OFDM通信系统可达速率的影响。3.针对RIS辅助的多用户多输入单输出（multiple-input single-output,MISO）通信系统,本文提出了一种基于反射相移码本的信道估计与被动波束赋形设计方案,其中考虑了反射相移连续的RIS以及最小化基站发射功率的优化目标。随后,本文提出了两种生成连续反射相移码本的方法,并对每种方法下基站与用户之间的信道增益进行了理论分析。本文还分析了不完美CSI对现有模块化设计方案和基于反射相移码本设计方案的影响。仿真结果表明:当考虑不完美CSI时,相较于现有模块化设计方案,基于反射相移码本的设计方案不仅在复杂度、训练开销、控制信令开销等方面具有优势,还能进一步降低基站发射功率。4.针对RIS辅助的点对点多输入多输出（multiple-input multiple-output,MIMO）通信系统,本文对基于反射相移码本的信道估计与被动波束赋形设计方案进行了改进,提出了两种生成离散反射相移码本的方法,并对所提方法下基站与用户之间的信道增益进行了理论分析。本文还分析了在给定信道相干时间下最大化RIS辅助MISO通信系统有效可达速率的最优训练开销,并通过数值仿真进行验证。仿真结果表明:相较于现有模块化设计方案,基于反射相移码本的设计方案对于信道估计误差和反射相移量化误差有更强的鲁棒性;当考虑不完美CSI时,所提方案在可达速率、复杂度、训练开销等方面具有明显的优势。