随着第三代移动通信系统逐渐投入商用,移动用户对高质量高速率的移动多媒体业务提出更高的期待。研究能够更好地满足用户需求的下一代无线移动通信技术已经迫在眉睫。根据国家863 FuTURE计划拟订的关于新一代蜂窝移动通信系统的研究目标,东南大学移动通信实验室B3G课题组提出了广义多载波时分双工混合多址(简称GMC-TDD-xDMA)蜂窝移动通信传输技术。在此背景下,论文对数字通信系统中的同步理论和定时同步方法进行了探讨,并针对GMC-TDD-xDMA系统的特点,研究了系统帧同步和符号同步问题的解决方案,最后完成了系统下行链路定时同步器的硬件实现。同步技术是数字通信系统的关键技术之一,直接影响接收机对信号的接收,论文所研究的是同步技术中的定时同步问题。首先,介绍了定时同步实现的数学基础,即信号参数估计理论;从定时参数的最大似然估计出发,介绍了基于数据辅助(DA/DD)的定时同步方法和基于非数据辅助(NDA)的定时同步方法,他们在实际的数字通信系统中均有广泛应用;论文探讨了数字信号处理中插值理论在定时同步中的应用,它使得接收端的采样时钟独立于定时控制,定时调整完全通过数字处理方法得以实现。为了在时变多径衰落信道环境中充分利用多天线和多径能量检测的优势,并为了使系统可以采用数字处理方法实现下行链路的帧同步和符号定时,我们提出了基于两倍过采样进行插值的二维能量窗定时同步算法。通过仿真验证,在多径衰落信道下本同步方案能够使系统获得稳定的同步性能。根据同步算法的特点和FPGA芯片的结构,论文按照自顶相下的方法设计完成了定时同步单元的硬件实现。通过探讨相关器的实现结构,提出了一种基于多相分解的优化结构,它通过获取系统工作速率与实现并行度之间的平衡,极大地降低了硬件实现复杂度。此设计结构也被应用于插值器的硬件设计当中。最后,在逻辑电路软件仿真的基础上,搭建完整的硬件平台,对所设计的模块进行了较为全面的测试。