新一代移动通信系统（B3G/4G）致力于高速、有效、可靠的数据传输，实现这一目的存在两个主要挑战：多径衰落和带宽效率。正交频分复用（OFDM）能够很好的解决这个问题。OFDM由于具有抗频率选择性衰落、频谱效率高和抗窄带干扰等优点，在现代无线通信中越来越受到重视，将成为新一代移动通信的核心技术之一。多输入多输出（MIMO）技术能增大系统容量，提高数据传输的速率和质量，是无线通信中一种关键技术。将OFDM和MIMO结合形成的MIMO-OFDM技术能够提供更大的数据速率、更好的传输质量、更高的带宽效率。对基于OFDM和MIMO-OFDM技术的宽带无线移动通信系统而言，准确、高效的同步算法是系统实现的关键和难点。本论文主要研究了OFDM和MIMO-OFDM系统的同步问题特别是采样时钟同步，同时研究了MIMO-OFDM中频接收机IQ不平衡问题，并在以下五个方面做了一定的创新性工作： （1）提出了一种新的OFDM系统定时同步方法。该方法是对Schmidl和Minn的定时估计器的改进，通过对前导中作相关的两对PN序列引入两次幅度突变，利用PN序列良好的相关性估计定时偏差。在多径衰落信道下得出了比Schmidl和Minn两种方法更小的估计方差，且在高信噪比情况下，所提方法的估计均值趋近于零。 （2）提出了一种新的OFDM系统载波频率同步方法。针对PN序列的载波频率同步方法，对经典的Schmidl&Cox方法的同步前导进行改进，在复杂度相同的情况下，提高了频偏估计的精度和范围，并用两种数学方法推导了比Schmidl&Cox方法更为精确的估计下界，理论推导与试验仿真非常吻合。 （3）提出了一种新的OFDM系统采样偏差估计方法。该方法基于最大似然准则，同时根据OFDM系统采样偏差估计的信号模型，简化了最大似然估计度量，在加性高斯白噪声（AWGN）信道和多径衰落信道下得出了很好的仿真结果。 （4）提出了一种新的MIMO-OFDM系统采样时钟同步的空间分集方法。现有的采样偏差估计方法大都基于AWGN信道和频率平坦信道，且都假定信道是静止的或准静止的，而本文所提方法充分考虑无线信道的特征和影响，即使在快时变频率选择性衰落信道和深衰落信道下都能够高精确地估计采样偏差；同时提出了一种低复杂的采样时钟恢复方案，通过调整快速傅里叶变换（FFT）窗口结合相位均衡，能够很好地恢复采样时钟。仿真结果表明，所提方法能达到理想同步性能。 （5）提出了一种新的MIMO-OFDM接收机IQ不平衡补偿方法。该方法基于IEEE802．11a/g无线局域网标准，在时域通过一个长训练符号对IQ不平衡先进行预估计和补偿，然后在频域通过一个OFDM符号对残余的IQ不平衡进行校正，仿真结果表明，该方法在AWGN信道下能达到理想性能，在多径衰落信道下当误比特率等于10-3时性能损失可以减少到0．5dB左右。