尽管现在以 IMT2000 标准为核心的第三代移动通信业务还没有在全球全面铺开,人们已经开始新一代无线宽带多媒体通信系统的研究工作。新一代无线通信系统又称为超 3 代移动通信系统,简称 B3G(或第四代,4G),为了适应多媒体业务需求,该系统的目标是在高速移动环境中支持最高约 100 Mbps 的速率,因此新一代无线通信系统在传输速率和频谱利用率上需要有新的突破。正交频分复用(OFDM)是一种多载波数字通信调制技术,它具有频谱利用率高和可对抗多径时延扩展等特点,因此通常被认为是超3代移动通信系统中的核心技术。其基本原理是将频域中的一个宽带信道划分成多个重叠的子信道进行窄带传输。在接收端,虽然频谱相互重叠,但是只要保证各子信道上信号的正交性,就可以将各信道上的信号正确分离。因此在 OFDM 系统中,为了保证 OFDM 子信道上信号的正交性,接收端必须和发射端在时域和频域上均保持同步。本文重点研究了 OFDM 蜂窝无线通信系统中的同步技术。首先,为了明确 OFDM 蜂窝无线通信系统对于接收端同步性能的要求,本文分析了 OFDM 单频蜂窝网中前反向链路上小区内信噪比的分布情况,指出 OFDM 单频蜂窝系统要正常工作,则接收端同步模块在信道环境比较恶劣(信噪比 SNR<5dB)的情况下也应该具有较好的性能。其次,本文针对无线信道中的最大多普勒(Doppler)频移展开了研究。Doppler 信息不仅是 OFDM 系统接收端需要获得的频偏同步信息,而且也是众多自适应链路传输系统中需要获得的重要信道信息之一,因此已有许多文章提出了各种关于多普勒频移估计的算法。在以往的研究中,多普勒频移估计多是采用自相关法、电平交叉率法和功率谱法等实现:其中自相关法和功率谱法往往需要利用信道估计结果,因此其估计精度受信道估计结果影响较大,而且功率谱法不能直接应用于多径信道;而电平交 I<WP=5>叉率法虽然简单,但是在低信噪比的实际应用中并不理想。因此本文提出了一种基于变换域中导频信号的最大多普勒频移估计算法。该算法克服了自相关法受信道估计结果影响的弱点,并能在低信噪比下获得较高的估计精度。算法适合于 OFDM 系统和多径信道,同样可以推广到 MIMO 系统中。接着,根据单天线蜂窝无线通信中分组数据业务突发性的特点,依据 802.16 协议中的 OFDMA 多址方案,本文设计了以时频块(Time-Frequency block)结构为单位构成的反向链路信道,在此基础上提出了一套完整的用于单天线系统中,基于时频块结构的反向链路数据同步方案。该方案是 OFDM 通信系统中,会话建立以后的同步跟踪方案,它包括符号小偏粗同步,频偏细同步和符号细同步,每一部分的估计算法均充分发挥了时频块结构的优点,大大提高了低信噪比情况下的同步性能。其中频偏细估计算法利用导频相关信息,不仅可以获得载波频偏的整数部分,而且还可以进一步获得载波频偏的残余小数部分,大大地提高了算法的载波同步精度。符号细估计也是利用频域中的导频信息完成的,算法采用 LS 准则,根据能量窗判断最佳的信号到达时间。从整个同步方案来看,各估计算法除了利用到循环前缀和进行信道估计必不可少的导频信号以外,没有再增加任何额外的系统开销,因此具有较高的频谱利用率。结合该同步算法,本文进一步提出了根据信道的最大多普勒频移信息进行资源自适应分配的方案,该方案有望进一步改善系统抗噪性能。最后,对于同步的研究扩展到了多天线领域。对于现有多天线下的同步算法分析不难发现:多天线中的同步技术多是采用训练序列方法完成的,算法的关键就是同步训练序列的设计。因此,结合已有各算法的特点,本文提出了一种新的 MIMO-OFDM系统同步方案,该方案训练序列设计简单,占用频谱资源相对较低,在较低信噪比情况下可以获得较理想的同步精度。