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本文在分析GSM通信系统中小区初始搜索中的定时同步原理的基础上，提出了一种基于FFT的GSM下行同步算法和FPGA实现GSM粗同步和精同步的高实时性实现方案，并使用Modelsim和MATLAB对算法的正确性进行了仿真验证；最后在AlteraCycloneIIIFPGA硬件平台进行了板级调试和实时数据验证，结果表明该同步算法切实可行且实时性好、稳定度高。