MIMO和OFDM技术通常被认为是超3代移动通信系统中的核心技术。本文以B3G系统的研究为背景，深入研究了MIMO-OFDM系统中同步子系统的算法设计以及硬件实现。 本文首先回顾了OFDM和MIMO的基本原理，简要介绍了B3G同步子系统；然后分析了三种同步偏差对系统性能的影响，分别对定时同步、载频同步、采样钟同步的几种经典算法进行了仿真，分析各自的优缺点和适用范围，并在此基础上提出了改进方案；最后研究了B3G试验系统中同步子系统的硬件设计，对硬件实现中的关键问题进行了分析、讨论。 本文的主要研究成果主要有四点，分别概述如下： 在同步捕获阶段，细定时算法受系统中整数倍频偏影响会产生较大的定时误差。本文基于B3G细定时方案提出一种改进细定时算法，仿真证明该算法能更好地抵抗整数倍频率偏差影响。 根据DSP和FPGA的特点对同步子系统的硬件功能进行划分，并在对大量同步算法仿真结果对比分析的基础上，提出了硬件实现的算法设计方案。通过硬件实现结果与MATLAB浮点仿真平台的对比，证明了本文提出的同步硬件实现方案的可行性和有效性。 基于B3G小数倍频偏估计算法提出一种改进算法。改进算法在相同训练序列的基础上利用了更多的相关运算，估计性能要优于B3G原方案。仿真结果表明在较高信噪比下，改进算法的估计MSE比原算法可以提高1个数量级。 在同步子系统硬件实现中，改进了B3G下行链路的帧结构。通过在连续两帧之间插入较小的时间间隙，可避免同步跟踪阶段定时同步为负值时大量数据丢失的情况发生。