随着物联网时代的到来,窄带物联网（Narrow Band Internet of Things,NB-IoT）成为了万物互联网络的一个重要分支,具有低功耗、低成本、广覆盖、可大量连接等优势。小区搜索是指用户设备开机后首先选择合适的小区接入网络的步骤,在整个通信过程中十分重要。为了能够充分利用信道的带宽,现代通信系统常采用OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）即正交频分复用技术。但如果传输过程中出现了同步误差,传输结果将会出错。因此需要一个能在低信噪比（Signal-Noise Ratio,SNR）和多径衰落环境下有着高准确率和高同步效率的小区搜索同步算法,克服传输过程中的误差影响。本文分析了NB-IoT下行链路结构和小区搜索算法结构,并在Matlab中搭建了NB-IoT下行链路仿真模型,模拟信号在传输过程中遇到的噪声干扰和多径衰落干扰。基于该模型,分析小区搜索同步算法在恶劣环境下的准确率。围绕主同步的粗调和辅同步的参考信号设计,研究了NB-IoT小区搜索算法结构改进。主同步算法采用预设大频偏组的同步算法,以减弱Zadoff序列的不确定性带来的影响,可以对频偏值为-30k Hz至30k Hz的信号实现同步。同时采用信号前置均值滤波的方法,降低传输噪声的干扰,提升算法同步效率。最终算法在信噪比为-15d B的环境下仅处理15帧信号的准确率可达到90%。为了提高算法的运行效率,硬件实现上采用流水线结构设计。主要分为数据控制模块、主同步算法模块和辅同步算法模块。主同步模块主要完成了对相关检验算法的实现和数据传输过程中频偏的估计工作,并通过流水线的设计提升了计算速度。辅同步模块中NSSS参考信号生成模块对信号进行了拆解式存储,降低了算法的存储需求。对FFT单元的优化设计,减少了硬件资源消耗。最终在Xilinx公司XC7Z035-2FFG676 FPGA芯片上实现了整个小区搜索过程,BRAM使用率为10.10%,Registers资源消耗率为2.52%,DSP资源消耗率为34.56%,电路总功耗0.401W。