TDD-LTE系统的同步过程包括下行的小区搜索和上行的随机接入。小区搜索的目的主要是用户完成对目标小区的下行同步和小区地址解析,以便读取目标小区的相关配置参数信息。作为同步过程的第一步,小区搜索算法设计的性能也影响到随后的上行接入以及同步保持。因此,设计的小区搜索算法必须具有较高的定时和频偏估计精度。同时,考虑到对于移动切换管理的备选小区搜索,设计的小区搜索算法还需要在低信噪比情况下具有对于多普勒频移的鲁棒性。为了设计出适用于TDD-LTE系统的一套完整有效的小区搜索解决方案,本论文首先对现有的OFDM系统中的同步原理进行了相关的研究。阐述了定时和频率偏差对于OFDM系统的解调性能带来的不同影响后,通过理论和仿真结合,我们给出了当前LTE系统中对频偏估计精度的范围要求。然后对同步领域各种算法原理做了系统全面的总结和分析。在此基础上,根据目前LTE标准物理层的参数,设计了一种TDD-LTE下行小区搜索方案。该方案包括主同步信号检测模块,循环前缀类型检测模块和辅同步信号检测模块。本方案设计的主要观点如下：(1)由于整数倍频偏的影响,初始5ms同步利用CP进行最大似然检测,进行5ms的定时捕获,同时校准小数倍频偏。(2)整数倍频偏估计,传统的频域相关法有一定局限性,没有考虑到定时不准情况下的估计。应该采用差分相关法消除定时同步不准而在频域上引入的相位旋转。并讨论了采用PSS和SSS序列进行差分法,校准整数倍频偏时的不同。使用SSS序列进行整数倍频偏估计效果更好(3)使用分别使用联合检测(coherent detect)和非联合检测(non-coherent detect)法进行设计SSS序列的检测模块。我们对每个模块都给出了可实现的算法,算法的设计可以满足目前LTE系统集中式多天线的场景。最后我们在低信噪比和高速环境的信道中,对小区搜索方案进行了仿真分析,对该方案的可实施性做了初步验证。