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正交频分复用（OFDM:Orthogonal Frequency Division Multiplexing)技术频谱利用率高，抗多径能力强，是当前无线通信领域的研究热点。OFDM系统中，同步是一个非常重要的问题，很大程度上影响了整个系统的性能。本文深入研究了一些典型的符号定时估计、载波频率估计和采样偏差估计算法，设计了OFDM同步方案并且在FPGA上实现。简要介绍了OFDM技术的发展历程和优缺点等，详细讨论了OFDM技术的数学模型、调制解调原理以及特点等等，以高速无人机数据链为背景，设计了一套完整的OFDM数据链方案，规定了系统收发机模型、系统的具体参数、采用的帧格式以及前导码的具体格式和导频的插入方式等等。从理论上推导并且在MATLAB环境中仿真了各种同步误差对OFDM系统产生的影响。从时域和频域角度深入研究了定时同步、载波频率同步和采样偏差同步算法。将基于训练序列的延迟自相关算法与接收信号和本地训练序列时域互相关算法相结合，提出了一种改进的时域粗符号定时同步算法，该算法可以保证在FFT解调之前，定时窗口首部在循环前缀内以避免产生ISI，同时满足频域细符号同步算法的约束要求。利用训练序列的延迟自相关算法可以同时估计出时域定时和频偏信息，估计的实际载波频差的范围为±192kHz。频域细符号估计、频偏估计和相位跟踪都是利用导频信息完成的，频域细符号估计可以对FFT窗口位置做精确调整，频域频偏估计的实际范围为±38.4kHz，相位跟踪可以补偿残留的相位信息。在MATLAB环境中仿真并且分析了各种算法的同步估计性能，并且给出了仿真图。理论分析了不同映射方式下的OFDM系统，提出了基于CPM映射方式下的OFDM CPM系统，通过MATLAB仿真比较了OFDM CPM系统与传统的OFDM QPSK、OFDM16QAM系统的性能。考虑到同步算法和映射方式的理论及实现复杂度，设计了一套完整的OFDM系统时频同步实现方案，用Verilog HDL语言描述其硬件结构，其中时域粗符号同步硬件结构节约了大量的乘法器和加法器，降低了实现复杂度。用Modelsim验证了各个同步模块以及整个OFDM同步系统后，将电路逻辑综合到FPGA芯片中，结合整个OFDM收发样机，测试了整个OFDM同步系统并且得出了多个同步模块的实时硬件时序图。测试表明设计的OFDM同步系统运行结果正确，基本满足了实际项目需要。