随着无线多媒体业务、无线网络和移动计算设备的发展，近几年宽带无线传输技术的需求和应用迅速增长。能够支持更高数据传输速率的新一代移动通信系统(Beyond 3G/4G)已经成为研究的热点。多天线（MIMO）信号处理技术结合正交频分复用（OFDM）技术作为一种有效对抗码间干扰（ISI）的手段，能在有限的频谱资源范围内有效地提高数据通信速率，成为下一代无线通信的重要解决方案之一。 但是，OFDM系统对于同步误差很敏感[1,2]，如何在MIMO-OFDM数字接收机中实现同步是一个关键技术。本文以B3G/4G通信系统研究为背景，深入研究了MIMO-OFDM移动通信系统中同步算法的设计。 本文首先回顾MIMO-OFDM技术的发展，并从原理上简单阐述MIMO-OFDM技术。 第二章着重讨论多径衰落信道的数学建模思想，并简单分析信道特性。考虑到无线信道的数学模型是计算不可实现的，介绍了经典的Clarke模型和Jakes模型，最后对一种新的改进模型做了认真研究，给出了各种特性的仿真曲线。 第三章主要分析MIMO-OFDM系统中同步参数误差导致的系统性能损失。仿真发现当移动台速度较快时频偏估计的误差同样会对系统产生较大影响，本文从理论上分析了产生这种现象的必然原因。 第四章着重讨论的是基于训练序列的定时同步算法。本文发现原方案采用的训练序列冗余信息过多，对原训练序列做了相应改进，在性能没有任何损失的情况下，将频谱利用率提高了三分之一。然后介绍了基于循环前缀的定时同步算法，分析比较了上述两种算法的优缺点和适用环境。 最后对频偏估计算法做了详细讨论，分别就三种基本算法做了介绍，给出了性能曲线图。 在利用训练序列的频偏估计算法中，提出了一种可以替代原方案的训练序列，该替代方案在高信噪比时，性能略高于原方案。同时对比了两种不同平滑算法的性能和不同数目收发天线不同信道下频偏估计的性能。 接下来本文对高速环境中，频偏估计误差导致系统性能下降的情况提出了解决方案。该方案利用信道估计信息和频域离散导频，纠正了由于频偏估计误差引起的残余相位。仿真表明该算法与没有残余相位估计的算法相比，系统性能确有较大提升，增强了频偏估计的鲁棒性。 最后一小节将文献[42]中的算法推广到MIMO-OFDM系统。首先论证在该算法约束条件下，MIMO系统可以等效为单入多出（SIMO）系统，进而推导得出该算法在MIMO-OFDM系统中的代价函数，并在该算法某些条件受到约束时，提出插入导频方案，扩大了频偏搜索范围，很好地在算法性能和频谱利用率之间取得了折中。