多输入多输出-正交频分复用（Multiple Input Multiple Output-OrthogonalFrequency Division Multiplexing，MIMO-OFDM）技术具有非常高的频谱利用率，是下一代无线通信系统的核心技术之一，但是它对定时同步（包括帧同步和精确符号同步）性能非常敏感。定时同步完成对信号的捕获和符号同步，是通信系统能解调和解码的基本前提，尤其是对于基于OFDM技术的传输体制，同步的性能是决定系统整体性能好坏的重要因素之一，是系统设计的难点和关键技术。在MIMO-OFDM系统中，某一根接收天线在某一时刻收到的是所有发射天线的信号的叠加，再加上多径影响，导致一根接收天线收到不同发射天线主径信号的时间并不一定相同，所以加大了系统帧同步的实现难度。尤其是对于未来通信系统的开放式架构-分布式天线系统，发射和接收天线在地理位置上呈现分布式摆放，使帧同步的实现更为困难、算法更加复杂。目前，对MIMO-OFDM在分布式系统架构下的帧同步研究，主要集中在训练序列的设计和匹配相关算法的改进上，由于缺乏系统的理论模型指导，现有的研究仍处于尝试性的研究阶段。针对这一问题，本文重点研究MIMO-OFDM分布式天线系统的帧同步性能分析方法和阈值选取准则，提出了一种准确的性能分析方法，为帧同步算法的设计提供理论参考。然后利用提出的性能分析方法推导出了正确帧同步概率Pcorrect的理论计算方法。通过仿真实验发现不同发射天线数目和目前主要的UPSP、CAZAC、OVPSP等算法均适用于该性能分析方法，验证了该方法的准确性和有效性。在这种性能分析方法的基础上，本文又提出了理论上能达到100%正确帧同步的阈值选取准则，在高于指定的信噪比（SNR）下可达到任意的正确帧同步性能设计要求。同时给出了基于正态分布的3σ原则简化准则。最后通过仿真实验验证了系统在不同MIMO发射天线数目和指定SNR下阈值选取准则的准确性和有效性。