下一代移动通信系统高系统带宽要求与不连续的频谱分配现状之间存在尖锐的矛盾。如何有效利用频域上分散的频谱资源,通过资源整合以获得更高的系统带宽,是必须解决的问题。为解决这一问题提出的频谱聚合(spectrum aggregation)可以将分散的、信道容量难以支撑高带宽需求业务的频谱段(spectrum fragment)聚合为完整的、信道容量较大的频谱,从而支持更高系统带宽,提升频率利用率；此外,对频率相距较远的频谱段的聚合能够实现系统层面的频率选择性分集(frequency selective diversity),即充分利用不同频谱的路径损耗和衰落的异质性(spectrum heterogeneity),实现资源分配和利用的最优化。本文研究频谱聚合场景下亟待解决的问题,提出解决方案。主要研究内容包括频谱聚合场景下多段离散频谱的主动干扰抵消方案,以及频谱聚合场景下的快速小区搜索机制。课题研究受到华为科技基金《载波聚合关键技术研究》资助。本文首先系统分析频谱聚合场景下由其特殊性质产生的关键问题,包括射频前端的硬件受限问题、频谱异质性问题、离散频谱的物理层传输问题和LTE-A中的后向兼容性问题,并总结相关研究进展。在本文的第三章,针对频谱聚合场景下不连续正交频分复用(NC-OFDM)传输方案中,信号固有的带外泄漏导致的系统间干扰问题,在传统单频谱间隔的主动干扰抵消算法的基础上,提出多段离散频谱的主动干扰抵消算法,并通过矩阵简化得到最优解；进而提出一种低复杂度的多段离散频谱主动干扰抵消算法。性能仿真分析表明,该算法能够满足频谱聚合场景无干扰的要求。在本文的第四章,针对频谱聚合场景下小区搜索过程中SCH检测性能与频率利用率之间的矛盾,提出一种基于收发两端相同载波优先级确定准则的快速小区搜索机制。该机制充分考虑频谱异质性对SCH检测造成的影响,压缩SCH数量,同时保证SCH尽可能位于频谱质量较好的低频段载波上。本文进而考虑了算法频率利用率与检测性能的折中。性能仿真分析表明,本机制在小区搜索时间上与传统机制接近,频率利用率得到提升,同时对于低信噪比环境具有鲁棒性。