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正交频分复用(OFDM)技术已经应用于多种无线系统,如空间通信系统、无线局域网、无线城域网、无线蜂窝网等。随着人们对OFDM无线系统中测距、定位、导航、遥感遥测等服务需求的增加,OFDM无线信号到达时间(TOA)估计技术在这些系统中获得了研究和应用,如Wi-Fi无线局域网中的TOA定位应用、WiMAX无线城域网中的定位和测距应用、3GPP LTE系统中的定位应用、空间无线系统中的应用等。但OFDM无线信号TOA估计技术还尚未发展成熟。本文在高斯白噪声信道中OFDM无线信号TOA估计、多径信道中用户频带资源在系统带宽内不受限制的OFDM无线信号TOA估计、用户频带资源在系统带宽内受限的正交频分多址(OFDMA)无线信号TOA估计等方面进行了深入的研究,本文的主要研究内容如下:1.高斯白噪声信道中OFDM无线信号TOA估计的研究中,在研究传统伪随机(PN)序列TOA估计算法和连续波相位TOA估计算法的基础上,提出了一种基于OFDM符号时域相关特性和频域子载波相位差的TOA估计算法;根据高斯白噪声信道中最大似然TOA估计算法代价函数的特性,提出了一种基于最大似然的迭代TOA估计算法。所提出的基于子载波相位差的TOA估计算法结合了序列相关粗估计和子载波相位差精估计,相比传统TOA估计算法,具有不模糊范围大,估计精度高的优点;所提出的迭代TOA估计算法的复杂度低于穷搜索最大似然算法,其TOA估计精度高于子载波相位差算法。2.多径信道中OFDM无线信号TOA估计的研究中,研究了TOA估计过程中的用户服务小区搜索和无线信道下的OFDM信号TOA估计算法。针对小区搜索过程中的扇区间干扰、多径衰落、频率偏移、定时偏移问题设计了新的小区搜索信号,提出了一种基于序列与符号检测的小区搜索方案。分析了现有的序列相关OFDM信号TOA估计算法在多径信道下受到的影响和分辨率受限的问题,以及超分辨率算法复杂度高的问题,提出了一种新的多径信道中OFDM信号TOA估计算法。所提出的算法利用引导沿检测进行TOA粗估计;研究了小数TOA对粗估计代价函数的扩展作用,通过定义扩展函数进行TOA精估计。计算机仿真表明所提出的用户小区搜索方案复杂度低,搜索效率高,简单实用;所提出的OFDM信号TOA估计算法抗多径衰落能力强,TOA估计分辨率不受系统采样率限制,相比最大似然算法,所提算法虽然精度略低,但其复杂度也低得多。3.OFDMA无线信号TOA估计的研究中,研究了用于接收信号预处理的用户频偏估计算法和OFDMA信号TOA估计算法。针对子载波采用子带分配方式的OFDMA信号设计了一种频偏估计训练序列,提出了基于相邻符号间子载波相位差的频偏估计算法。研究了现有的OFDMA TOA估计训练序列和OFDMA信号TOA估计算法,针对现有训练序列不能充分利用频率资源的问题提出了改进序列,在改进序列的基础上提出了新的OFDMA无线信号TOA估计算法。所提出的OFDMA无线信号TOA估计算法利用用户奇数子载波序列和偶数子载波序列的差分相关以及信道冲激响应峰值搜索实现TOA粗估计,利用小数TOA补偿过程中信道冲激响应的变化实现TOA精估计。仿真表明所提出的频偏估计算法同基于CP的算法相比频偏估计精度更高;所提出的OFDMA信号TOA估计算法的分辨率不受系统采样率限制,精度高于LS算法。