恶劣环境下的无线通信系统的研究和实现一直都是通信领域的难题。由于具有较突出的抗衰落能力和稳定可靠等优点,MIMO SC-FDE技术逐渐在超低信噪比通信系统中得到应用,有效地改善了通信系统的性能。同步技术作为无线通信系统中的关键技术,能否精确同步将直接影响通信系统的性能,超低信噪比下的通信系统更是如此。此外,超低信噪比下的同步技术在工程实现上往往存在硬件资源消耗多的问题。因此研究超低信噪比条件下的同步技术以及基于FPGA的同步方案实现具有重要意义。本文主要研究在超低信噪比下MIMO SC-FDE系统中快速精确的同步技术,针对工程实现上硬件资源使用多的问题给出了两种改进方案,并对基于匹配滤波器的同步方案进行FPGA实现。主要工作如下:(1)研究了单载波频域均衡系统、多输入多输出技术。对同步捕获技术和同步跟踪技术进行理论分析,并对同步训练序列进行讨论,分析了格雷互补序列的特性和产生方法。(2)针对-20db和-40db两种极低工作信噪比环境,结合系统的整体方案给出了同步方案设计。然后针对同步方案在工程实现上资源使用多的问题,对同步方案进行了改进。该方案采用Burst结构的FFT进行相关计算,并且对FFT进行复用,硬件资源使用减少了一半。另外,针对改进的同步方案不适用于-20db信噪比系统的问题,提出了基于匹配滤波器的同步方案。设计出的匹配滤波器抽头数仅为传统匹配滤波器的0. 56%,大幅度地减少了同步方案在工程实现上的资源使用。(3)结合Xilinx芯片,实现了基于匹配滤波器的同步方案。根据具体模块的功能完成了 FPGA时序设计、代码编写以及模块的功能仿真,并完成片上性能的调试。本文所研究的同步方案和FPGA实现,在同步性能以及程序的稳定性和可靠性上已经通过实际的通信系统在室内和野外进行测试验证,效果良好。