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WiMAX（Worldwide Interoperability for Microwave Access）作为全球最先使用基于OFDMA的宽带移动技术，给无线城域网（Wireless Metropolitan AreaNetwork,WMAN）提供了高效的宽带移动接入方案。它可以在移动和固定的环境中满足高速的数据、视频等业务的需求，兼具了宽带、移动和IP化的特点，具有广阔的应用前景，是一种很有发展潜力的无线接入技术。文章以移动WiMAX（IEEE802.16e协议）为主体，研究其影响性能的关键因素之一的同步算法。本文首先介绍了WiMAX技术的标准，发展以及现状，接着，对WiMAX的物理层的关键技术和OFDMA系统的原理做了相应的介绍，然后引入WiMAX的同步算法。在实际的城域网建设当中，由于相邻基站的影响，前导时域序列不再具有三段伪周期特性，在这种情况下传统的SC自相关帧检测算法失效。本文针对TU（Typical Urban）多径信道和扇区干扰的情况下提出一套同步算法，并且讨论了该算法的性能。同时，现今WiMAX同步算法的理论研究很多，但对其硬件实现的讨论偏少，正是在这种背景之下，本文对WiMAX同步算法的硬件实现提出了一套完整的解决方案。基于FPGA架构，设计了自相关模块，互相关模块，频偏估计等模块，并且在Modelsim平台上进行了仿真，具有结构灵活，算法效率高，通用性较强等特点。同时它的开发周期较短，系统易于维护和扩展，适合于实时信号处理。本文的主要内容如下：1）对WiMAX物理层OFDMA涉及的子载波，子信道，帧结构，子载波分配等重要概念进行解读，对OFDMA系统的基本原理和模型进行阐述和分析，给出下行基带系统的实现方案，形成较为完整的OFDMA物理层理论体系。2）针对TU多径信道和扇区干扰，对WiMAX系统的OFDMA同步算法进行深入研究，从实现复杂度和占用的资源情况提出结构合理、性能优良且适用于城域网建设的同步算法。3）基于专业的FPGA开发平台QuartusII8.0和Verilog HDL硬件描述语言，对同步中的帧检测，粗符号同步，精细符号同步，小数倍频偏估计，整数倍频偏估计进行FPGA设计。4）基于Matlab仿真平台，构建WiMAX通信系统模型，验证同步算法的性能；同时，编写testbanch，在业界最流行的硬件平台仿真工具Modelsim进行FPGA各模块的仿真和验证。