近年来，第三代(3G)移动通信系统已在全球扩大商用，第四代(B3G/4G)移动通信技术的研究和开发正在全球范围展开。在中国，第四代移动通信FuTURE计划已被正式列入国家“十五”863研究计划。根据国家FuTURE计划拟订的关于新一代蜂窝移动通信系统的研究目标，东南大学B3G课题组提出了支持多天线的广义多载波(MIMO-GMC)无线传输技术。本论文根据FuTURE计划二期课题的研究目标，在MIMO-GMC系统总体框架下研究上行定时同步技术及硬件实现。 首先基于信号参数估值理论，研究最大似然定时估计的原理，详细介绍和讨论了定时估计的理论推导和定时恢复的实现方案，并对其进行了性能分析。接着介绍了MIMO-GMC系统空中接口规范和定时同步流程，再重点介绍了上行定时同步算法。 在理论研究和算法学习的基础上，使用Matlab和C语言搭建了上行同步仿真平台，对MIMO-GMC系统中上行定时同步进行了完整的浮点性能仿真，并对上行同步各主要模块进行定点仿真，比较各种定点化方案的优劣，为硬件实现方案的确定提供了性能和参数依据。 根据上行定时同步浮点和定点仿真结果，给出了易于硬件实现的方案和参数，进行上行定时同步的逻辑设计。通过不断的修改、优化和论证，最终确定了满足硬件接口时序和功能需求、结构清晰、资源占用少的硬件实现方案。硬件实现中根据各模块的不同需求，采用多路复用技术和流水线技术等达到面积和速度的平衡和优化，有效地利用了硬件资源。在ISE集成开发环境下，使用Verilog语言对设计方案进行FPGA实现。实现结果表明：上行定时同步电路满足功能和时序要求，资源占用也达到了预期的设计目标。最后，在MIMO-GMC系统试验板的Xilinx Virtex-Ⅱ Pro 100芯片上，对上行定时同步实现结果进行在线调试，通过了板级测试，论证了设计的正确性。