本文对基于IEEE 802.16d OFDM载波同步技术进行了研究。重点探讨了SS物理层同步算法、相关系统原理和系统的设计。主要内容包括： (1)基于导频的载波和采样频偏的联合跟踪算法，由于采用对相邻OFDM符号的导频进行差分的方法，消除了算法对信道估计结果的依赖性。仿真结果表明改进后算法的载波频偏和采样偏差估计的均方根值分别近似为改进前算法的21.7％和15.8％； (2)基于空子载波和导频的载波跟踪算法，这种优化方法采用最小均方误差准则。估计过程中，同时考虑载波频率偏移产生的固定相位偏差和载波间干扰(ICI)两方面影响。对于ICI能量的估计则充分利用空子载波提供的信息。仿真结果表明，这种基于MMSE准则的频偏跟踪算法由于减小了ICI的影响，所以比忽略ICI(NeglectICI，NICI)只考虑固定相位旋转量的跟踪算法能够更有效地减小系统的误码率和均方误差，误码率性能约提高2dB； (3)基于MMSE的随机相位误差估计算法，采用卡尔曼滤波的方法使得对CPE相位的估计性能得到一定的提高。对同步系统的硬件实现是本文的另一贡献。基于IEEE802.16d协议，设计针对SS基带的同步系统，并且在picoChip并行处理器平台实现帧同步、载波频偏估计和定时跟踪的算法。测试结果表明，本文设计并实现的同步模块均能达到系统预期的性能要求指标。