对流层散射通信的优点是距离长、传输可靠性高和通频带较宽,目前已被广泛用于民用和军用通讯。单载波频域均衡(Single Carrier Frequency Domain Equalization,SC-FDE)技术能有效抵抗由信道频率选择性衰落引起的符号间干扰。多输入多输出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)技术能够利用空间资源,在不增加传输功率和带宽的情况下,提高系统容量和带宽利用率。MIMO SC-FDE系统兼具MIMO技术和SC-FDE技术的优势,既可以增加信道容量,又能抵抗信道干扰,在对流层散射通信中广泛应用。本文研究MIMO SC-FDE系统中的同步技术,具有重要的应用价值与意义。在定时同步方面,基于恒定包络零自相关(Constant Amplitude Zero Auto Correlation,CAZAC)序列,研究了定时同步的经典算法。通过仿真比较分析各种传统算法,针对峰值平台和虚假次峰值问题,提出了一种改进的定时同步算法。进一步算法联合信道估计,将调整定时估计位置至第一径位置。在频率同步方面,研究了频率同步的经典算法,并在散射通信环境下对频偏算法进行了评估,设计一种适于散射信道的两级频偏估计方案。该方法采用Zadoff-Chu序列,通过时域滑动相关对Zadoff-Chu序列做相关做粗频偏估计,利用粗估计的结果对信号粗频偏补偿,对补偿后的数据再通过在频域滑动相关进行频偏细估计,再对信号细频偏补偿。仿真结果表明该频偏估计算法有更低的估计误差,在散射信道中能获得较好的性能。最后,本文在Matlab平台上搭建完成了对流层散射通信SC-FDE系统级仿真,并对系统误比特率性能进行了分析,进一步验证了同步算法的可行性。