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随着4G时代的到来，以OFDMA为代表的多址技术在现代通信技术中得以快速发展和广泛应用，典型系统包括IEEE802.16m的上、下行链路和LTE的下行链路等。区别于现有的通信协议和应用场景，针对采用OFDMA多址技术的IEEE802.16e移动WiMAX系统，研究了高速移动场景中的时频同步和信道估计技术并进行了FPGA实现。在此基础上，深入研究了基于OFDMA技术的下一代通信系统，具有很强的现实意义。本文的主要内容概括如下：详细分析了OFDMA多址原理、子载波分配方式以及由此带来的频率分集增益和相对于传统的OFDM方式增加的灵活性。分析了典型OFDMA系统IEEE802.16e的TDD帧结构，上、下行链路中不同的子信道划分方式对移动性的支持。给出了子信道中子载波分配的具体方法。仿真了基于训练序列相关性的粗同步和精同步算法检测性能，验证了采用差分序列在频域进行整数倍频偏估计的算法准确性，以及利用多径信号中多个OFDMA符号的CP进行相干积分估计小数倍频偏的算法性能。比较了基于导频的LS和LMMSE信道估计算法性能和实现复杂度并予以改进。给出了相关算法的均方误差随信噪比的变化情况。对IEEE802.16e系统中的同步和信道估计模块进行了FPGA实现并且在Modelsim环境下进行了功能仿真，在SignalTap工具中进行了部分在线调试，验证了时序的正确性。本文最后简要介绍了使用GPS信号辅助进行的小区快速切换技术，并且解决了在GPS信号中断条件下如何继续进行切换的工程难题。