超宽带(Ultra Wide Band, UWB)是一种适用于短距离、高速、无线数据传输的技术。它能够在2米的室内多径环境中,提供最高480Mbps的传输速率。超宽带技术在下一代无线个域网、无线家庭互联等领域拥有广泛的应用前景。目前,WiMedia联盟倡导的基于正交频分多路复用(MB-OFDM)技术的超宽带架构被国际标准组织(ISO)采纳为超宽带国际标准。在中国,一种基于双载波正交频分复用(DC-OFDM)技术的超宽带技术被采纳为中国超宽带标准草案。这种双载波正交频分复用超宽带系统具有更多的频谱资源、较低的硬件要求等优点,同时它兼容了MB-OFDM传输标准,具有较高的灵活性。同步(Synchronization)处于接收机数字基带最前端,是任何无线通信系统中不可或缺的过程。它的性能好坏直接决定了接收机能否正确接收射频信号,基带模块能否有效完成数字信号处理功能。在基于OFDM技术的无线通信系统中,同步过程大致分为两个部分：符号同步和频率同步。符号同步完成对经过多径信道衰落影响的OFDM符号起始位置的判断。频率同步完成对模拟前端诸多非理想因素干扰的估计和补偿。本文围绕DC-OFDM超宽带系统中同步问题展开系统研究,首次分析了适用于DC-OFDM超宽带系统的同步算法与硬件实现方法,并给出了同步模块的VLSI设计结果。论文整体分为符号同步和频率同步两个部分。在符号同步方面,我们分析了多种同步误差对OFDM系统造成的性能影响。然后,我们将整个符号同步过程按照功能划分为包检测、粗同步、时频码检测和精细同步四个部分,并通过系统仿真确认每一部分的参数设置。算法设计方面,我们采用了相关检测和能量检测相结合的方法来满足超宽带系统对于室内多径环境下的要求,实现了较好的鲁棒性。硬件实现方面,我们重点介绍了符号同步模块中重要的信号处理单元的结构和VLSI实现结果,如自相关器、互相关器、实数除法器等。在频率同步方面,我们首先分析了OFDM系统中多种模拟前端非理想因素的影响,如载波频偏,采样频偏和I/Q失配,并给出了他们在DC-OFDM超宽带系统中的数学模型。然后,我们采纳误差矢量幅度(Error Vector Magnitude,EVM)作为参考,分析讨论了这些非理想因素对于OFDM系统性能的损失。射频工程师可以通过本文的理论分析在失配参数与性能损失之间建立关联,从而指导工程师在硬件设计的早期完成系统规划。算法设计方面,本文分析了I/Q失配引入镜像频率干扰的特点,继而设计了一种基于相位旋转的训练序列并给出了相应的失配估计算法。仿真结果表明,新的训练序列能够获得I/Q失配过程中引入的分集信息,从而使系统在解调过程中得到额外的分集增益。然后,我们针对多种模拟前端非理想因素共存的复杂情形提出了一种联合估计和补偿算法。硬件实现方面,我们给出了适合于DC-OFDM超宽带系统中载波频偏估计和补偿模块的设计方法,并着重介绍了负责三角函数运算的CORDIC单元。VLSI实现结果表明,本文所设计的频率同步模块满足DC-OFDM超宽带系统的时序和资源要求。论文最后给出了未来的工作计划。在60GHz无线应用中将包括更多非理想因素的影响,如相位噪声、非线性功率放大、直流偏移、ADC偏差等。对于这些非理想因素的联合估计和补偿将更具挑战性。