随着未来移动通信系统对更高频谱利用率、功率效率、数据传输速率以及更稳定的服务质量的迫切需求，近年来3GPP组织启动了通用移动通信系统(UMTS)的长期演进(LTE)项目。LTE系统改进并增强了空口接入技术，其下行链路采用MIMO-OFDMA传输方案，上行链路采用以DFT-S-OFDM为核心的单载波频分多址(SC-FDMA)技术。然而，对于以OFDMA和MIMO-OFDMA为核心的宽带移动通信系统，准确高效的时间和频率同步技术是系统实现的关键和难点。因此，本论文针对LTE系统开展定时同步和频率同步算法的研究和实现工作。　　 首先，本文研究LTE系统下行同步算法。分析推导了基于最大似然(ML)估计准则的定时同步算法，分析比较了采用互相关方法的定时同步算法、利用主同步序列中心对称性的定时同步方法、利用循环前缀(CP)的符号定时同步方法和帧定时同步的相干检测算法。针对多径衰落信道，引入多径能量窗，并提出利用信道的延时功率谱合并多径信号能量，以及将多个同步信道进行非相干合并的方法，有效地提高了系统定时同步性能。分析比较了M-part互相关频偏估计算法、利用CP的频偏估计算法和利用主同步序列中心对称性的频偏估计算法。此外，针对LTE系统分级的同步信道结构，本文提出了一种基于信道估计的频偏估计算法，该方法利用主、辅同步信道的信道估计进行频偏估计，有效地提高了小数倍频偏估计的精度。　　 其次，本文研究了上行定时同步方法。在取得下行同步以后，用户只需要调整上行时间和基站侧时钟一致即可实现同步。上行定时同步的实现是通过上行随机接入过程来完成的，因此，首先研究上行随机接入过程，简述了上行随机接入过程的两种模式。通过检测随机接入前导序列，估计时间偏差。分析比较了随机接入信号的两种发射机结构;推导了随机接入前导序列的时域检测算法，为了降低计算复杂度，根据ZC序列的DFT性质，推导了前导序列的频域检测算法，并验证了频域检测算法以较小的计算复杂度可以获得接近时域检测算法的性能。利用前导序列的检测结果即可估计时间偏差，进而实现上行定时同步。　　 最后，本文采用TI公司的TMS320TCI6487DSP实现同步算法，完成了下行链路同步算法的实现工作。首先要对算法进行定点仿真，确定定点化方案。给出了一种完整的同步实现方案，对各个模块的输入输出信号进行定标，以量化信噪比为性能指标，确定定点化方案，对同步算法进行定点仿真，以验证定点化方案的正确与合理。为了满足系统对同步模块的要求，对定点化方案和定点代码进行了优化。通过CCS软件平台对定点程序进行代码剖析，确定代码效率较低的程序段。使用各种伪指令、内联函数以及软件流水机制优化代码效率较低的程序段。经过优化，使得同步模块的计算速率显著提高。