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超宽带(ultra-wideband,UWB)技术已成为近些年学术界和工业界极为关注的无线通信技术之一。其中,IR-UWB(impulse radio UWB)方案采用亚纳秒或皮秒级的脉冲序列直接进行基带传输,避免了载波频偏(carrier frequency offset,CFO)所引起的性能下降,同时系统复杂度也因无需对载波进行处理而大大降低。此外,良好的多径可辨性削弱了室内多径衰减所引起的能量损耗,使得UWB信号以低发射功率进行传播并与其他通信方式共享频谱成为可能。更值得一提的是,通过香农公式的计算,极窄脉冲承诺了较高的信道容量,为短距离高速无线通信提供了一条新的途径。然而,正由于采用了极窄脉冲进行传输,UWB通信系统的设计面临着极大的挑战。其中,定时同步环节的设计尤其重要。即便很小的定时误差都有可能引起较大的误码率性能下降。以高性能和低复杂度为目标,本文研究了IR-UWB系统中的定时同步算法及电路实现;提出了一种基于CML估计的改进型定时同步算法及电路结构、一种基于TDT方案的改进型定时同步算法及电路结构以及一种基于非相干结构的CML解调算法及电路结构。本文研究工作涵盖了以下几个方面:1.在算法级,改进了CML算法的噪声模板生成方式以及中间参数的估计方法,提高了算法归一化均方误差性能。2.在算法级,改进了TDT方案的噪声模板生成方式,并对原算法的估计算式进行改进以提高算法的可实现性。3.在电路级,提出一种改进型CML算法的优化结构、一种改进型TDT算法的优化结构以及一种基于非相干结构的CML解调算法的优化结构。完成了三种算法从算法级到电路级的设计;通过MATLAB的算法性能仿真、FPGA的电路功能验证以及Design Compiler的电路代价评估,实现了高性能和低复杂度的设计要求。