随着移动通信技术的发展,以TD-LTE为代表的4G网络的建设与优化正在不断进行,同时下一代移动通信系统5G的相关研发也正在积极推进。3GPP已经发布了5G新空口NR(New Radio)Release15版本的标准,不久就将迎来5G NR网络的建设高峰。然而在移动通信网络建设和优化的过程中,网络覆盖高成本的问题日益凸显。分布式多天线中继系统具有组网方式灵活、易扩展、能耗低、覆盖范围广等特点,能够以较低的成本改善无线网络拓扑结构,提高无线网络的覆盖效果,因此在4G和5G网络中都有着重要的应用价值。同步是所有数字中继系统中不可或缺的一部分,正确的同步是实现中继转发功能的基础,对整个系统性能有重要影响。本文分别针对TD-LTE和5G NR网络下的同步问题进行了研究,设计了适用于TD-LTE多天线中继系统的同步方案,研究了5G NR系统的同步信号检测算法。此外,本文还介绍了分布式中继基于FPGA的硬件设计和实现方案。首先,本文介绍了分布式多天线中继系统模型,工作原理以及应用场景,并对系统中的同步问题进行了分析,包括同步在中继系统中的作用以及同步偏差带来的影响。随后,本文研究了适用于TD-LTE多天线中继系统的同步方案。设计充分考虑到频偏对于中继系统同步的影响,提出了联合整数频偏估计的定时同步方法,采用并行多路检测方式实现对不同频偏的相关检测,能够以较低的处理时延提高系统对抗频偏的能力。在此基础上,本文提出先利用多天线中继的天线阵列,对目标基站方向进行空域滤波,再进行同步信号相关检测,从而以较小的资源消耗和处理时延进一步提高系统同步性能。本文对上述同步方案进行了详细的分析并给出了仿真结果,结果表明该方案能够达到中继系统的同步设计目标。然后,本文研究了5G NR系统的下行同步技术。作为同步算法设计的基础,本文首先介绍了NR系统的小区搜索过程,接着给出了NR下行同步信号检测流程,包括NR主、辅同步信号检测。本文随后详细研究了NR主同步信号检测算法和NR辅同步信号检测算法,进行了相应的性能仿真并讨论了NR同步信号检测的硬件设计。针对NR主同步信号检测,指出分块相关算法能够有效提高系统对抗频偏的能力。相关检测中通过门限实现相关峰的捕获,论文仿真分析了相关峰检测门限对虚警概率和漏检概率的影响。本文研究了基于NR主同步信号的频偏估计算法,仿真发现在较低信噪比环境下CP自相关频偏估计算法精度稍高,而在较高信噪比条件下PSS分块频偏估计算法更有优势。考虑到NR主同步信号检测算法与LTE的类似,本文讨论了NR与LTE统一的主同步信号检测硬件设计。针对NR辅同步信号检测,本文给出了在频域进行相关检测的算法,计算得到小区ID号,并给出了性能仿真结果,结果表明本文提出的NR同步信号检测方案性能优异,满足系统性能要求。本文随后讨论了NR辅同步信号检测的硬件设计,指出采用多路选择器实现NR辅同步信号的相关计算,能够有效减小乘法器硬件资源消耗。最后,本文介绍了分布式多天线中继系统的硬件设计。论文概述了系统总体结构与基带信号处理流程,介绍了硬件平台,然后设计了频点搜索、定时同步以及分布式节点间互联的FPGA实现方案,并通过时序仿真和硬件实测进行了验证,为分布式中继系统的设计开发奠定了重要基础。