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随着无线通信技术的迅速发展,第4代移动通信LTE (Long term evolution)技术已经逐渐成熟和走向产品化,多个国家的运营商已经全面开展了的LTE运营。同时由于LTE技术在运营中的突出表现,越来越多的人开始关注LTE技术在其他领域的发展,民用航空通信领域就是其中之一。目前,在民用航空上实现移动通信主要有两种解决方法：一种是采用卫星方式,由卫星实现地面网络与民航飞机的通信；一种是利用地面专用无线基站,这种基站可以实现覆盖空中的民航飞机,从而实现地面与民航飞机的通信。卫星通信方式比较成熟,但是卫星通信系统的改装成本非常高,且带宽较窄、费用较高,很难在民用航空中广泛应用。因此采用地面专用无线基站向空中民航飞机进行覆盖受到越来越广泛的关注。由于LTE技术可以提供更高的下载速率,在20M带宽下可以达到150M的下载速率,并且LTE适应在高速移动场景下的切换,因此利用第4代移动通信系统LTE系统来实现地空无线宽带通信具有更广阔的商业前景。由于LTE系统在设计之初是按照最大能为350Km/h高速移动用户提供大于100kbps的接入服务而设计的,而民航飞机的飞行速度通常在800-1000Km/h,因此基于LTE的地空无线宽带通信系统的技术难点在于如何在超高速移动场景下支持高速率的数据传输。LTE系统采用的物理层关键技术是OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)技术,由于飞机在高速飞行时会对LTE系统带来巨大的多普勒频移,频率偏移会破坏OFDM子载波之间的正交性,从而在OFDM各个正交的子载波之间产生互相干扰,影响解调性能。因此本文重点研究地空无线宽带通信系统中LTE系统的频偏和时偏估计。本文首先介绍传统的OFDM频偏估计算法,分析传统的OFDM频偏估计算法在LTE系统中能够支持的最大频偏估计范围,根据理论分析和仿真结果,证明传统的OFDM频偏估计算法不能满足地空无线宽带通信系统的要求。因此本文首先提出了一种基于PRACH (Physical Random Access Channel)信道的峰值功率比的频偏估计算法,这种频偏估计算法能够将频偏估计的范围扩展为[-1875Hz,1875Hz],能够满足地空无线宽带通信系统的要求。但是该算法受噪声影响较大,在某些频偏范围内估计不准确,且PRACH信道只在初始接入时终端才会发起,因此这种算法只适用于估计初始频偏。为了保证频偏估计的性能满足PUSCH (Physical Uplink Shared Channel)信道的解调要求,本文还提出一种联合的频偏估计方法,这种方法结合基于PUSCH信道的传统频偏估计算法和本文提出的基于PRACH信道峰值功率比的频偏估计算法,通过这种联合的频偏估计算法,不仅可以将频偏估计的范围扩大到[-1875Hz,1875Hz],同时还能够保证频偏估计的精度。然后将本文提出的这种联合频偏估计算法应用到LTE系统的频偏估计和频偏补偿的流程中,仿真结果表明这种算法能够实际应用于地空无线宽带通信系统。在时偏估计方面,本文提出了一种时偏和频偏联合估计算法,这种联合的时偏和频偏估计方法可以降低相关运算的计算量。仿真结果表明,与传统的时偏和频偏估计算法相比,本文提出的联合估计算法可以降低33%的计算量,同时在低SNR下本文提出的联合估计算法可以获得更好的频偏估计性能和相同的时偏估计性能。