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正交频分复用(OFDM)技术是一种多载波调制技术。OFDM技术以其频谱利用率高，抗多径衰落能力强等优点，得到了人们的广泛关注。OFDM技术不仅被应用到了无线通信，还被应用到了无线局域网，OFDM技术已经被作为IEEE802.11a的物理层标准，现在人们更将其视为后3G时代移动通信的核心技术，而且，人们正在尝试将OFDM技术应用到低压电力线载波通信上。近年来，MIMO技术与OFDM技术的结合逐渐成为人们研究的热点。但无论OFDM系统还是MIMO-OFDM系统都对同步误差非常敏感，若在OFDM系统或MIMO-OFDM系统中存在同步误差，将会在系统中引起符号间干扰，甚至引起子载波间干扰，破坏OFDM系统子载波间的正交性，因此，较准确的定时同步和载波频率同步是OFDM系统及MIMO-OFDM系统正常工作的前提。本文首先分析了同步误差对OFDM系统性能的影响。通过对定时同步误差和载波频偏误差的深入分析，给出了定时同步误差和载波频偏误差对OFDM系统性能的影响。其次，研究了基于训练序列的定时同步算法。通过对S&C算法和Minn算法的分析和研究，提出了基于新训练序列的改进算法，提高了OFDM系统定时同步性能。再次，研究了基于循环前缀的时频同步算法。研究了循环前缀长度对ML算法同步性能的影响，在此基础上，提出了基于变化长度循环前缀的改进ML定时算法，提高了ML算法在低信噪比情况下的同步估计性能。针对ML算法不适合在多径信道下进行同步估计的问题，提出一种基于循环前缀的差分OFDM时频同步算法。新算法能够完成多径信道下的时频同步估计。最后，研究了MIMO-OFDM系统的时频同步算法。MIMO信道是多入多出信道，一般分为集中式MIMO信道和分布式MIMO信道。本文针对集中式MIMO信道下的MIMO-OFDM系统，提出了一个四步策略的同步算法。所提算法需要1组短训练序列和2个长训练序列。两种训练序列结合，使所提算法具有较好的时频同步估计性能。