MIMO技术因其卓越的抗衰落性能和高频谱利用率始终深受通信行业的关注,但是,MIMO技术同其他高速通信技术一样,在传输过程中会受到其同步性能的制约。这也成为MIMO通信体制成败的关键性问题。因此,本文研究了MIMO通信系统中改善同步性能的具体方法,包括与同步性能密切相关的精确频偏估计方法和扩大频偏估计范围的方法。本文首先根据MIMO通信系统的基本模型构建了MIMO通信系统仿真测试平台,并通过仿真平台验证了MIMO通信系统中天线数量与信道容量的具体关系,分析了同步性能对MIMO通信系统误码率性能的影响。通过分析得出准确估计系统的同步性能相关量,如频率偏移估计范围、估计均值和估计精度等,可以有效改善宽频带通信系统的同步性能,进而改善系统的传输效率和可靠性。因此,论文深入研究了采用最大似然估计算法实现频偏估计的基本方法和已有优化方法,得出最大似然估计算法复杂度很高,不适合实际工程应用的结论。为提高系统频偏估计的时效性,论文在最大似然估计的基础上分别引入Kay算法、Fitz算法和L&R算法,经研究表明,这三种算法都能有效改善对系统频偏估计的计算复杂度,但随之而来的是带来了频偏估计精度的降低和估计范围的收缩问题。为改善前述三种方法对频偏估计精度的和频偏估计范围的不利影响,本文研究了一种相邻谱线插值法,即在最大似然估计准则下衍生的L&R算法基础上,将相邻频点频谱比作为修正因子实现频偏估计值的修正,以达到提高频偏估计精度和扩大频偏估计范围的目的。通过仿真测试,结果表明本文所提出的相邻频谱插值方案可以在保证频偏估计精度的基础上,有效地解决L&R算法中估计范围小的问题,在改善MIMO通信系统同步捕获、跟踪和频偏估计中具有一定的应用价值。