当前,高速率传输和宽带接入已经成为未来无线通信的发展趋势,以3GPP为代表的国际标准化组织正积极推进满足未来4G通信需求的LTE/LTE-Advanced通信标准。载波聚合(CA)技术作为LTE-Advanced的关键技术之一,能够充分利用离散的频谱资源,通过聚合多个载波的方法显著提升系统传输速率和频率利用率。作者从当前LTE标准化的进展出发,以项目作为支撑,结合最优化理论知识,重点开展了以下三个方面的研究：载波聚合上行控制信道解调性能研究、有源天线阵列系统共存研究以及多天线场景下的功率分配研究。首先,分析了引入载波聚合后对上行控制信道的影响,提出基站侧上行控制信道的解调方案和评估方法,并对上行控制信道的两种新格式进行了解调性能的评估,验证该方案的可行性。其次,分析了基站侧引入有源天线阵列对载波聚合新场景的支持,并对有源天线阵列(AAS)可能造成的基站射频指标的影响进行了分析,通过仿真评估了AAS基站的阻塞性能和载波聚合邻频共存性能,验证系统可行性。最后,结合凸优化理论和矩阵论,研究载波聚合和多天线(CA-MIMO)这一新场景下,同时存在多个天线,多个载波和多个发送终端功率限制条件时的最优功率分配算法。从理论角度推导出CA同构网络场景下多个功率限制的退化条件,提出了一种改进的混合梯度最优功率分配算法(MHGOPA),还进一步将该算法推广到CA异构网络场景。对该算法在两种场景下进行了仿真验证。