相比于传统低阶调制方式,高阶QAM调制由于系统频带利用率高,在宽带数字系统中应用更广。然而随着调制阶数的增大,相邻星座点之间欧式距离明显变小,系统抗干扰能力急剧下降,同步难度增大,因此,其相应的同步技术也成为研究热点。特别地,在矢量信号分析系统中,同步后解调结果的精确性直接决定测量的准确度。传统数字同步算法由于同步范围小,收敛速度慢且剩余残差较大,会对测量结果引入较大的残差。因此,如何在矢量信号分析系统中实现高阶QAM的大范围捕获及高精度同步具有重要意义。本文以实现方形16QAM~1024QAM调制方式在矢量信号分析系统中的宽带高精度同步为最终目标,同时对开环与闭环结构下的定时同步和载波同步等关键技术进行深入研究与改进。在理论研究层面,首先建立全数字调制解调系统等效基带模型,为后续研究奠定基础;然后,在定时同步研究方面,针对高阶QAM系统对精度和稳定度的需求,对现有开环非线性定时估计算法、闭环Gardner定时估计算法、多项式内插滤波校正算法的性能进行研究,同时为了解决小滚降系数下系统自噪声急剧增大的问题,提出基于预滤波器的定时抖动优化算法来提高上述两类定时估计算法精度;接着,在载波同步研究方面,针对高阶QAM系统对精度和估计范围的需求,本文提出基于DFT频偏估计+PFDPLL+DDPLL的多级闭环载波同步校正算法和基于DFT频偏估计+PFD+DD+维特比相位估计的多级开环载波同步校正算法,有效解决开环频偏估计算法精度低和闭环载波同步算法精度高但是收敛慢的问题,在保证精度的同时提高系统估计范围与收敛速度。最后,在算法实际应用方面,基于上述研究成果,针对矢量信号分析系统,设计出一种具有高精度及大捕获范围特性的方形16QAM~1024QAM同步方案,并在CVI平台中利用C语言实现最终的底层测试与顶端界面设计。理论分析与实际信号测试表明,该同步方案引入的系统残差可以忽略,与业界知名Keysight 89600VSA软件性能相当,但是频偏测量范围更大,能实现高精度及大捕获范围的同步。