随着6GHz以下微波频段频谱资源的稀缺,将无线通信推向毫米波频段是一种趋势,从而有望实现Tbps的数据速率。目前,毫米波通信已经被广泛用于新一代宽带无线通信的研究与实践中,60GHz的免执照频段适用于室内短距离宽带通信。但是,高频段也带来了一个问题,即射频前端会产生更为严重的相位噪声,进而影响到通信系统中的载波同步。本文正是围绕相位噪声的估计算法展开研究。为了进行实际系统的搭建,在Matlab仿真阶段充分参考了IEEE 802.11ay标准的物理层帧结构,最终设计并实现Tbps吞吐率的60GHz毫米波通信系统。该系统使用具有频域均衡功能的单载波（SC-FDE）传输,除此之外,还包括一些重要的基带技术,例如信道估计,载波同步,相位噪声估计等,其中相位噪声的估计与补偿算法及其FPGA电路模块实现是本文的研究重点,考虑到FPGA实现的问题,实际系统中采用的相噪估计与补偿算法充分考虑了估计算法的有效性与降低算法复杂度的两方面要求。第一章首先介绍了课题的研究背景与现状,其中包括60GHz无线通信的发展现状,以及相位噪声在60GHz频段所表现出的不同特性。接着,对60GHz相位噪声进行综述,包括相位噪声来源和影响,以及相位噪声估计算法的发展过程。最后,介绍论文的研究工作以及结构安排。第二章首先介绍了60GHz无线信道特性及信道模型;接着介绍IEEE 802.11ay标准的物理层帧结构,并着重介绍短训练序列和信道估计序列,比较传统短训练序列、传统信道估计序列与EDMG短训练序列、EDMG信道估计序列的差异;然后,给出标准中格雷序列推导公式及其在系统中发挥的作用,并阐述推导公式的微小差异;然后,以框图形式描述整个系统的收发机结构。最后,给出IEEE 802.11ay标准中相噪模型及其产生方法。第三章首先介绍了相位噪声对60GHz SC-FDE无线通信系统的影响,包括整个系统的仿真模型和相位噪声影响下系统平均误比特率（BER）;接着介绍了目前主流的相位噪声估计算法;最后,提出本论文实际系统中使用的相噪估计算法,利用Matlab仿真展示该算法对系统平均误比特率有明显改善。与其它算法相比,本文使用的算法在保证有效性的基础上,兼顾了降低算法复杂度和保证数据完整性两个方面要求,减小了FPGA实现难度。第四章完整且详细地介绍了相噪估计与补偿这个模块具体的硬件实现细节。首先是定点仿真,评估当输入数据限定在14bit位宽时对系统误比特率的影响;接着,在符合要求的前提下对整个模块及测试部分进行FPGA电路逻辑设计和仿真波形设计,给实现提供依据和参考;然后,根据前面的设计完成Verilog代码的编写工作,在Quartus和Modelsim这两个专业软件中观察系统的逻辑框图和时序仿真波形是否达到预期;在前面各个步骤都得到肯定结果的前提下,最后,求Moelsim仿真与Matlab仿真输出之间的误差,并计算此误差与Matlab仿真结果的比值,验证模块实现的正确性。