近年来，第三代(3G)移动通信系统已逐步投入商用，第四代(B3G/4G)移动通信技术的研究和开发正在全球范围展开。在中国，第四代移动通信FuTURE计划已被正式列入国家“十五”863研究计划。根据国家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B3G课题组提出了支持多天线广义多载波(MIMO-GMC)无线传输技术。本论文根据FuTURE计划二期课题的研究目标，在MIMO-GMC系统总体框架下研究下行定时同步技术及硬件实现。 本文首先基于信号参数估值理论，研究最大似然定时估计的原理，详细介绍和讨论了定时估计的理论推导和定时恢复的实现方案，并对其进行了性能分析。接着介绍了MIMO-GMC系统空中接口规范和定时同步算法。 接下来详细讨论了下行定时同步的相关仿真，包括浮点仿真，定点仿真两部分。浮点仿真方面，对插值器相关参数进行了优化；同时对捕获和跟踪模块作了随信噪比变化的错误率仿真。定点仿真方面，对各个模块的定点过程进行了仿真，为硬件设计提供了合理的定点依据。在仿真过程中对所用的信道模型产生方法进行改进，使用了二次函数插值算法产生信道参数，加速了仿真过程。 论文的最后一部根据下行定时同步浮点和定点仿真结果，给出了易于硬件实现的方案和参数，在FDD试验系统总体架构下进行下行定时同步的逻辑设计。通过不断的修改、优化和论证，最终确定了满足硬件接口时序和功能需求、结构清晰、资源占用少的硬件实现方案。硬件实现中根据各模块的不同需求，采用多路复用技术和流水线技术以及乒乓结构等达到面积和速度的平衡和优化，有效地利用了硬件资源。在ISE集成开发环境下，使用、Verilog语言对设计方案进行FPGA实现。实现结果表明：下行定时同步电路满足功能和时序要求，资源占用也达到了预期的设计目标。最后，在MIMO-GMC系统试验板的Xilinx Virrex-Ⅱ Pro 100芯片上，对下行定时同步实现结果进行在线调试，通过了板级测试，论证了设计的正确性。