3GPP长期演进技术（3rd Generation Partnership Project Long Term Evolution,3GPP LTE）项目是第三代移动通信的演进，是国际上主流的新一代移动通信技术标准。LTE系统中小区搜索是一个重要的物理层过程，小区搜索是用户终端利用同步信号获得与基站下行时间和频率同步，并检测用户所在小区的物理层小区标识。用户基于上述所获信息，才能正确接收物理层广播信道中的系统信息，并通过随机接入过程实现用户终端与基站之间的上行同步，申请上行资源，最终实现用户终端与基站常规的数据传输和接收。小区搜索包括两方面内容：用户终端检测主同步信号获取物理层小区组内标识和5ms时钟同步，检测辅同步信号获取物理层小区组标识和10ms时钟同步。另外，用户终端和基站的下行时间频率同步、循环前缀模式和系统双工模式检测也在小区搜索过程中完成。本论文研究LTE FDD/TDD系统下小区搜索算法和硬件实现架构。首先，建立小区搜索中的系统数学模型。其次，提出一种主同步信号的快速检测算法，该算法在运算复杂度和抗载波频偏上均优于传统算法。然后，本文提出一种循环前缀和小数倍频偏联合检测算法以及整数倍频偏估计算法，实现5ms时间同步以及频率同步。最后，根据信道中不同多普勒频偏环境和系统双工模式，提出一种相干检测和非相干检测辅同步信号算法。此外，本论文对所提出的小区搜索算法进行链路级仿真验证，考察了算法对信噪比、载波频偏和多普勒频偏的鲁棒性，以及小区搜索算法平均耗时并与传统算法进行了性能比较。最后，本论文设计了小区搜索算法中各模块的硬件实现架构。提出了一种低复杂度的近似求模运算和近似求模平方运算，降低实现的复杂度，并按照硬件实现架构仿真定点运算下小区搜索性能，仿真结果表明，架构设计和定点字长均满足小区搜索性能要求。