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TD-LTE（Time-Division Duplex Long Term Evolution）技术是第四代无线通信的关键技术之一。作为其核心技术的正交频分复用（OFDM，Orthogonal FrequencyDivision Multiplexing），是下行链路的一种传输方案，它具有极高的频谱利用率，而且能够有效地对抗频率选择性衰落。但为了保持OFDM系统子载波间的正交性，要求其必须满足精确的频率同步。2011年，LTE Release10协议规范引入了中继技术，是为了对抗实际通信场景中无线信道非线性噪声、小区间干扰等不良因素的影响，实现降低基站功耗、提高链路预算、扩大信号覆盖范围等功能。本文重点研究了TD-LTE中继系统的频率调整问题。本文首先阐述了现有LTE系统频率同步技术的国内外研究现状，重点研究了载波频率偏差对系统性能的影响，针对载波频率偏移的特点，详细分析了传统OFDM系统中载波频偏估计算法的基本原理，然后结合其优缺点与本论文TD-LTE数字中继系统的特点，提出一种主同步信号（PSS，Primary Synchronization Signal）和辅同步信号（SSS，Secondary Synchronization Signal）联合频偏估计算法。该算法利用PSS频域自相关特性以及SSS的循环移位特性估计整数倍偏移，然后根据残留小数倍频偏在时域上表现的相位特性，分别利用PSS、SSS进行频偏的估计，联合二者估计值做平滑运算，得到小数倍频偏估计结果。从而得出接收信号的频偏量，对接收信号进行频率偏移的调整，保证收发两端信号频率的一致性。最后，根据本论文给出的频偏估计算法原理，进行了MATLAB理论仿真验证和FPGA硬件实现。通过对算法原理的分析，建立仿真模型，并给出了硬件原理框图。仿真结果表明，本文所设计算法能够保持现有一些算法的估计范围大、估计精度高等优点，同时还能降低运算复杂度。