散射信道条件恶劣,如何实现可靠通信是无线通信领域的难题。MIMOSC-FDE技术由于其特有优势被广泛应用于低信噪比下的通信系统,而同步部分的设计是其中重要一环,接收端同步部分性能的好坏直接影响了后续解调以及译码性能的好坏。要充分发挥MIMO SC-FDE系统在散射通信过程中的优势,离不开好的同步技术的支持,同时需要综合考虑算法优劣以及资源消耗等问题。本文致力于低信噪比下MIMO SC-FDE系统同步技术的研究与实现。首先分析了对流层散射通信信道特点以及需要克服的主要障碍,对MIMO技术以及单载波频域均衡技术的优势以及同步技术的基本原理与发展进行简要论述。其次重点研究MIMO SC-FDE系统同步技术的关键部分,包括捕获跟踪部分与多径搜索部分的设计原理。最后,结合FPGA硬件平台,考虑设计中面积与速度原则,将对时间与资源要求不同的同步子模块分别实现,并进行大量测试与相应改进。论文根据实验室项目需求,设计了一种基于匹配滤波器的能够应对恶劣信道环境的同步方案,使系统在低信噪比条件下仍能快速准确同步。同时提出了一种利用跟踪插删样值机制估算收发端时钟频差的方法,可以在实际应用中检测时钟老化等原因导致的时钟精度不达标问题,具有较好的实用性价值。设计中针对两种不同信噪比下的数据帧结构制定合理的同步机制,通过公式推导得出适用于接收端两天线分开同步的捕获算法并进行工程上的实现。利用迭代公式生成广义分层格雷序列,针对不同的信噪比条件设计串行与并行两种改进型结构的匹配滤波器,同时进行工程实现上的创新与改进,能够对较长的格雷序列快速计算相关值且减少硬件资源消耗。根据项目中通信系统所工作的无线信道环境,在捕获完成以后采用迟早门跟踪环路跟踪最佳样值,以最强径位置为基准搜索多径信号跟踪最强径,结合样值调整机制纠正通信过程中由于信道特性以及设备频差等因素导致的相位偏差,在设计中采用了自适应门限与固定门限相结合的方案,使系统能够适应更低信噪比环境。通过实际通信系统室内测试与野外测试验证,本文所设计同步系统能够应对恶劣信道环境,同步性能良好,可靠性较强。