在过去的二十多年里,我们见证了无线通信系统的迅猛发展,从2G的GSM发展到3G的CDMA和WiMax,直至时下火热的4G的LTE。随着无线多媒体业务在无线通信业务中所占比重越来越大,用户对无线数据传输速率提出了更高的要求,提升无线网络的性能变得刻不容缓。LTE项目正是在这样的需求中由3GPP提出,最终实现数据速率的提高、时延的降低、成本的减少和系统容量的提升。现在,作为LTE的增强版本,LTE-A已经成为无线通信领域的主流技术,所以对LTE-A系统链路的研究具有重要的现实意义。LTE-A系统主要基于OFDM技术,对OFDM系统而言,高效的频谱效率、良好的抗多径干扰能力和简单的均衡是其主要的优点,但是和单载波系统相比,OFDM系统更加容易受到定时误差和频率偏移的影响。本文中系统地论述了定时误差会如何引起符号间干扰(ISI)以及频率偏移是如何导致载波间干扰(ICI),进一步强调了同步技术对于OFDM系统的重要性。在实际的应用中,环境的复杂性和发送端和接收端的相对移动也需要被研究者考虑,为了更真实的模拟信号的实际传输,本文还介绍了无线移动信道对OFDM系统的影响,为下行链路的仿真奠定了理论基础。对LTE-A系统而言,同步是小区搜索的关键环节。本文对LTE-A下行链路同步流程做了详细的分析,对主同步信号的各类时域检测算法进行了分析,同时研究了主同步信号的频域检测算法,并对两者进行了比较。由于在FDD-LTE系统中,主同步信道和辅同步信号在结构上相邻,所以可以考虑使用主同步信号的信道估计来补偿辅同步信号,同时结合辅同步信号本身的特殊性,在检测时使用了符号量化。在综合考虑有无信道估计和有无符号量化对小区搜索性能的影响之后,论文给出了详细的分析并确定了合适的方案。最后,在理论和仿真分析的基础上,本文对LTE-A下行链路的同步技术进行了FPGA硬件实现,并考虑了2 2 MIMO的应用场景。整个硬件设计中包括了主同步信号检测模块、频偏估计与补偿模块、OFDM解调模块和辅同步模块。在主同步序列检测阶段,在保证基本功能的基础上,针对传统实现中做相关运算的结构进行了折叠变换,达到减少硬件资源开销的目的。