随着无线业务需求的快速增长,第五代移动通信系统研究正全面进行。近年来,滤波器组多载波(Filter Bank Multi-Carrier, FBMC)、广义频分复用(Generalized Frequency Division Multiplexing, GFDM)、通用滤波多载波(Universal Filtered Multi-Carrier, UFMC)和快速卷积多载波(Fast Con-volution Multi-Carrier, FCMC)等多载波技术获得广泛关注,是5G的关键技术之一。其中FCMC因在概念上具有配置高度灵活、实现复杂度低的优势,具有很大的应用价值。本文围绕FCMC的几个核心问题展开研究。首先,对FCMC传输方法进行建模和分析,建立了FCMC传输系统矢量信号模型。从因果FIR滤波器的快速卷积实现入手,对其进行矢量化建模,而后拓展至插值滤波器和抽取滤波器的快速卷积实现,进而提出FCMC传输系统矢量信号模型,为后续研究奠定了坚实的基础。基于此模型,给出了较完整的FCMC系统结构。通过理论分析和仿真比较,从计算复杂度、信号重建误差、功率谱、峰均比等角度,阐述了该系统的特点和应用价值。接着,基于所建立的矢量信号模型,围绕FCMC接收机复杂度问题,对均衡方法展开研究,提出了FCMC频域单点均衡方法。从最小均方误差(Minimum Mean-Square Error, MMSE)均衡的概念出发,给出了基于快速卷积结构的MMSE均衡方法。其不依赖CP的使用,因此能够处理没有任何帧结构的码流,同时有利于提高频谱效率。通过参数匹配,可将该均衡方法用于多载波系统。为进一步降低该方法的计算复杂度,深入挖掘了FCMC系统中等效信道矩阵的渐进性质,证明了Toeplitz矩阵可以被DFT矩阵渐进对角化,由此FCMC频域均衡器系数矩阵在FFT点数足够大时可近似为对角阵。综合上述结论,提出了FCMC频域单点均衡方法,该方法不依赖CP且计算复杂度与CP-OFDM均衡器相同。仿真结果表明,FCMC频域单点均衡方法较MMSE均衡方法在误比特率性能上无显著差异,且与CP-OFDM系统下的MMSE均衡误比特率性能相当。然后,对FCMC导频设计和信道估计问题开展研究,提出了FCMC频域信道低复杂度估计方法。首先明确了采用训练序列进行信道估计的思路。接着从频域导频和时域导频两个角度,分别推导出LS和MMSE两种信道估计器的表达式。由于直接插入频域导频对FCMC已调信号功率谱有严重影响,故采用时域导频进行信道估计。通过对估计结果进行时域降噪再转换回频域的方法,大幅提高了信道估计的精度。进一步通过适当的简化避免了矩阵求逆,显著降低了计算复杂度。综合上述过程,提出了FCMC频域信道低复杂度估计方法。仿真结果表明,该方法相对于简化前的MMSE估计方法性能差异不大,且随着子带带宽增大,信道估计的精度随之提高,能够逼近信道已知情况下的误比特率性能。