LTE-A系统中用户终端开机后进行的第一个物理层过程是小区搜索,小区搜索的作用是用户终端利用同步信号取得与基站的下行时间与频率同步,并检测用户所在小区的物理层小区标识。用户终端在正确进行小区搜索的基础上,物理层广播信道中的系统信息才能被正确接收,然后通过随机接入过程实现与基站的上行同步,申请上行资源,最终实现用户终端与基站间正常的数据传输和接收。所以本文将分别研究终端物理层的小区搜索过程及随机接入前导序列的算法和实现。首先,讨论LTE-A物理层下行主同步信号(Primary Synchronization Signal,PSS)、辅同步信号(Secondary Synchronization Signal,SSS)的生成方式,阐述其在时频域上的映射位置,并提出一套快速的、精准的LTE-A小区搜索算法流程。主同步序列PSS由ZC(Zadoff-Chu)序列生成,ZC序列的相关性良好,因此主同步信号检测采用基于PSS序列的相关算法完成粗定时同步。PSS在每个帧内发送两次,PSS序列存在在每一个半帧内,通过降采样和分段线性卷积方法对半帧长度的数据检测,能够较快的得到半帧同步。为完成频率同步,在完成粗定时同步基础上采取基于PSS序列的时域共轭相关算法得到小数倍频偏估计。最后在辅同步信号检测中提出了分奇偶序列分别相关的方法,得到细定时、帧同步及小区ID,并降低了算法复杂度。其次,分析了随机接入的作用和流程,之后对终端的发射信号——随机接入前导序列的产生进行了详细的研究。本文研究了前导的格式、时频结构及生成方式,并在随机接入产生前导序列算法中,利用DSP(数字信号处理器)的并行处理机制等特点,采取了查表、线性调频z变换(CZT)算法并利用时频映射多零特点简化快速傅里叶变换等,在实现前导序列的基础上降低了算法的复杂度。最后,对本文提出的终端物理层小区搜索、随机接入算法在Diamond-DSP仿真平台上做了仿真,并对运算复杂度高的函数做了手动汇编优化。仿真结果与MATLAB理论值进行对比,证明了本文提出的算法正确性,并通过手动汇编优化降低了小区搜索、随机接入的运算周期,取得了明显的优化效果。