作为单载波（Single Carrier,SC）体制和多载波（Multi-carrier,MC）体制的兼容形式,基于加权分数傅里叶变换（Weighted-type Fractional Fourier Transform,WFRFT）的混合载波（Hybrid Carrier,HC）体制具有更高的波形设计灵活性。同时,相比SC体制和MC体制,其信号能量更平均地分布在时频平面上,有助于在双选信道下获得更佳的误码率（Bit Error Rate,BER）性能。本文探索了WFRFT框架下联合局域化思想的波形设计和检测方法,论证了联合局域化与平均化方法带来的优势。本文体现局域化思想所借助的工具主要是快速卷积（Fast Convolution,FC）算法、部分傅里叶变换（Partial FFT,PFFT）算法以及多矢量交织算法。本文将这些时频局域化分析工具引入混合载波系统,以进一步拓展混合载波波形设计的灵活性以及检测性能。本文的主要研究工作如下。传统的混合载波系统,其发送端一般不做资源块的划分,属于单颗粒混合载波系统。在传统单颗粒混合载波中,通常采用带状均衡与PFFT解调技术来应对双选信道下的衰落影响。虽然在双选信道下其性能优于传统SC和MC体制的性能,但是依旧存在提升空间。基于此,本文进一步采用FC、PFFT等时频局域化信号处理方法与WFRFT相结合,提出了基于快速卷积的重叠保留结构的混合载波检测算法,对传统混合载波在带状均衡或PFFT解调后的信道残余干扰进行局域化集中删除处理,以提升混合载波在双选信道下的检测性能。具体的基于FC的重叠保留结构的检测算法包括两种实现结构,即基于重叠保留与带状均衡的混合载波检测算法以及基于重叠保留与PFFT解调的混合载波检测算法。两种基于FC的重叠保留结构的检测算法复杂度不同,对信道信息的需求不同,可结合获知的信道信息以及实际需要选择。此外,也对基于重叠保留结构的混合载波系统的信道估计算法进行了研究,证明了在相同的导频设计和信道估计算法下,所提基于FC的重叠保留结构的检测算法性能优于传统的混合载波检测算法性能。针对集中式多颗粒混合载波系统多子带之间的干扰问题,引入FC完成频域局域化处理,提出基于快速卷积的滤波混合载波传输算法。传统的混合载波系统为了避免子带间的干扰,主要基于单颗粒考虑进行波形设计。而集中式多颗粒混合载波体制将每一子带视为一个颗粒,并将基于FC的滤波引入混合载波系统,对混合载波进行频域集中式局域化分段以减小子带间的干扰,既能进一步灵活化混合载波的波形设计,又能利用基于FC的滤波结构降低滤波的复杂度。本文所建立的基于FC的多子带滤波混合载波系统不仅能保留混合载波的优势,也能利用基于FC的滤波结构灵活地完成子带配置。本文详细研究了该系统的实现结构,分析了其带外抑制性能、峰均功率比（Peak-to-Average Power Ratio,PAPR）性能与BER性能。该系统结构不再依赖CP的使用,提升了频谱效率。在频选信道下,本文推导了BER的闭合表达式,并对大时延场景下的均衡系数予以改进以提升性能;在双选信道下,该系统可与基于FC的重叠保留结构的检测算法相结合,并保留性能优势。针对传统的混合载波单颗粒的信号形式,引入多矢量交织这一分布式的局域化方法,提出基于多矢量交织的拓展混合载波波形设计方案以及相应的检测技术。以混合载波矢量为颗粒,将传统的单颗粒混合载波系统拓展到分布式的多颗粒混合载波系统。交织形式的分布式局域化方式与混合载波能有效结合并提升波形设计的灵活性与系统在衰落信道下的BER性能。具体分析了所提基于多矢量交织的拓展混合载波波形在频选信道和双选信道下的性能,并推导了其在频选信道下的BER闭合表达式。同时,分析了残余干扰来说明双选信道下的性能优势。对于所提的基于多矢量交织的混合载波波形,可对各矢量的“WFRFT阶数”、“矢量长度”进行合适的选择,以适应不同的传输环境需求。