近年来，宽带无线通信技术和应用得到了迅猛的发展。人们对无线数据和多媒体业务的需求，促进了用于高速宽带无线通信的新技术的发展和应用。正交频分复用(OFDM)技术和多输入多输出(MIMO)技术已经或者即将应用于各种高速宽带无线通信系统中，但是一些关键技术，包括OFDM系统的同步算法和MIMO-OFDM系统的同步算法、信道估计和跟踪算法和自适应调制方案等等，仍待解决和完善。本论文旨在探索复杂的无线通信环境下相关的解决方法与方案。 针对OFDM同步问题构造了一种多径环境下OFDM通信系统的简化等效模型，并在此基础上提出一种多径信道下的OFDM定时偏差估计器。该估计器即使在强多径环境下仍能有效工作，而且运算量较小。 利用接收信号的循环平稳性，结合信道响应提出了一种OFDM频偏粗估计器和一种OFDM定时偏差和频偏精估计器。该粗估计器有很大的估计范围，可用于频偏的捕获；而精估计器在多径环境下能得到很好的估计效果。 将单收发天线下OFDM系统的同步算法推广到多输入多输出(MIMO)情况。提出一种基于循环平稳性的MIMO-OFDM通信系统同步算法。该算法不仅有很好的估计性能，而且不需要导频辅助，简单实用。 提出一种基于分散导频的MIMO-OFDM通信系统信道估计和跟踪方案。该信道估计算法计算简单，开销小，性能优越。以此为基础的信道跟踪方案能进一步减少系统开销，而且能很好地跟踪MIMO信道的变化。 针对MQAM SM-OFDM系统本文提出了一种次优的自适应功率和比特分配方案。该方案和最优方案相比只有少于3dB的损失，但是它远比最优方案简单，更具实用性。