正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM)被认为是未来通信的关键技术之一,3GPP LTE已经采用OFDM技术作为下行链路的关键技术。但是OFDM对同步偏差十分敏感,多天线OFDM系统同样对时间和频率同步偏差非常敏感,因为定时偏移和频率偏移会导致严重的符号间干扰和载波间干扰,从这个意义上说,进行精确地同步是必要的。本文研究的核心是OFDM系统物理层的时频同步算法。简要的介绍了OFDM系统的基本原理和信道特性,并分析了时频偏移对系统性能的影响,说明了同步的重要性。本文先对单天线系统的时频同步算法做了分析和仿真研究。对比较经典的基于循环前缀的ML算法和盲估计算法做了分析研究,接着对经典的Schmidl算法和GR算法这两种基于训练符号的时频联合同步算法做了分析和研究。最后对基于训练符号的算法分成定时估计算法和频偏估计算法两个部分进行了仿真分析比较。其中,定时估计算法主要分析比较了Schmidl算法、M&B算法、P&C算法和GR算法；频偏估计算法主要分析比较了Schmidl算法和Morelli算法。本文接着研究了集中式多天线发送多天线接收OFDM (MIMO-OFDM)系统的同步算法。首先介绍了几种经典的集中式MIMO-OFDM同步方案,并给出了一种集中式系统的时频同步方案和仿真分析,该方案基本思想是将单天线的Schmidl算法和基于对称共轭的思想联合起来扩展到多天线系统中,仿真结果显示同步性能良好。最后给出一种简单的基于IEEE802.16d前导结构的同步方案,仿真结果显示同步性能较好。