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下行链路初始同步是小区搜索的首要过程,本论文主要研究了第三代合作伙伴计组织(3GPP,3rd Generation Partnership Project)启动的长期演进项目(LTE, Long Term Evolution)系统下行链路初始同步问题,调研了3GPP LTE标准化进展情况,描述了3GPP LTE系统的物理层协议,详细介绍了3GPP LTE下行链路系统中的同步信道(SCH, Sychronization Channel)及其序列的设计。本论文首先研究了3GPP LTE下行链路初始同步过程中的载波频率偏移(CFO, Carrier Frequency Offset)估计算法,通过理论分析和仿真试验,比较了现有的三种CFO估计算法,即主同步信道(P-SCH, Primary Synchronization Channel)序列相关估计算法,基于循环前缀(CP, Cyclic Prefix)的估计算法和多信号分类(MUSIC, MUltiple SIgnal Classification)算法的估计均方误差(MSE, Mean Square Error)性能。在此基础上,提出了两种新的CFO估计算法,第一种新算法基于现有P-SCH相关序列估计算法,通过将相关序列从等分为两段扩展到了等分为多段来获得更好的估计性能;提出的另一种新算法通过设置接收信号的信噪比(SNR, Signal to Noise Ratio)阈值和CFO阈值,从P-SCH相关序列估计算法和基于CP算法得到的两个CFO估计值中进行选择性合并。仿真结果表明,提出的两种CFO估计新算法相比于现有算法均有显著的性能增益。本论文还研究了3GPP LTE下行链路初始同步过程中的辅同步信道(S-SCH, Secondary Synchronization Channel)序列检测算法,针对现有最大似然序列检测(MLSD, Maximum Likelihood Sequence Detection)算法的高计算复杂度问题,提出了一种基于MLSD准则的S-SCH检测算法的低计算复杂度实现方法。新算法利用S-SCH序列的结构特点,缩小候选S-SCH序列的数目,从而降低了算法的计算复杂度。在计算接收序列与不同候选S-SCH序列的似然值时,通过对似然函数公式的推导整理,指出可以采用快速Hadamard变换来进一步降低计算复杂度。数值仿真结果表明,提出的S-SCH检测实现方法也能实现良好的检测性能和计算复杂度之间的折中。