TD-LTE(时分长期演进)是我国主导并部署的移动通信标准,在传输速率、网络延迟、带宽配置等方面具有显著的优势,同时也存在着诸多的技术挑战。作为TD-LTE中终端与网络通信的前提,需要获取小区的时频同步以及控制信息的解码,这个过程被称为小区搜索。小区搜索过程的算法性能起着至关重要的作用,对通信服务性能有着直接的影响,本文针对小区搜索与时频同步的技术进行了研究与实现。首先,本文由TD-LTE的相关技术入手,对TD-LTE物理层、同步信号、OFDM等相关原理和技术进行了介绍,为后续的研究与实现打下基础。然后,本文设计了一种小区搜索与时频同步过程的算法方案。通过对小区搜索过程、小区识别和同步信号的研究分析,对小区搜索过程进行了整体全面的方案设计,分别给出了符号同步的循环前缀检测算法、5ms定时的主同步信号检测算法、10ms定时的辅同步信号检测算法以及频偏检测和补偿算法。同时,通过引入的分集方法对算法进行了进一步优化,使得性能得到提升,并通过MATLAB平台进行了不同信道条件下的仿真比较和性能验证。另外,针对小区初搜时上下行信号难以确认的情况,设计了相应的算法,在同步过程中对信号进行辨识和区分,提高算法的准确性。考虑到小区搜索的高性能和实时性需求,本文提出了 一种低复杂度的主同步信号检测方案:基于匹配滤波的降采样算法。通过利用匹配滤波器和降采样过程,结合循环卷积方法,实现了主同步信号的检测,具备算法复杂度低,捕获过程快的优点。最后,基于软件无线电通用处理器平台,完成了下行同步过程的算法实现,并通过并行化处理、定点化处理等方法,使处理性能得到进一步的提升。实现验证结果表明,算法方案完成了小区搜索和时频同步过程,性能达到预期效果。