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为迎接WIMAX（全球微波互联接入）等移动宽带通信技术的挑战，保持UMTS（通用移动通信系统）技术在未来十年甚至更长时间内的竞争优势，3GPP于2004年启动LTE（长期演进）技术的标准化工作，LTE立即得到了广泛的关注和研究。LTE小区搜索作为UE接入到小区的第一个物理层过程，近年来更是成为研究的热点，这个物理层过程包括时间和频率同步，以及小区标识等一系列关键系统参数的获取，小区搜索性能的好坏直接影响后续通信链路的建立，因此，对LTE系统小区搜索进行深入研究十分必要。论文在对LTE小区搜索的国内外研究现状进行调研以及对LTE关键技术OFDM（正交频分复用）基本原理和实现方法进行研究的基础上，分析因同步偏差对OFDM系统的带来的ICI（载波间干扰）和ISI（符号间干扰），并通过仿真得到同步偏差对系统误码率的影响，验证同步技术对OFDM系统的重要性。讨论LTE物理层下行PSS（主同步信号）、SSS（辅同步信号）和参考信号生成方式，及其在时频域上的映射位置，在此基础上，提出一套精确、快速的LTE小区搜索算法流程。针对基于PSS序列传统互相关算法的粗定时同步性能在较大频率偏差时急剧下降的问题，提出改进的M段部分相关算法，通过仿真得到改进算法虽然有一定的信噪比损失，但是对频偏更具鲁棒性。采用ML（最大似然）算法检测小区扇区ID号和循环前缀类型，并设计出一种包括小数频偏、整数频偏和残留频偏估计三个步骤的频率同步流程，在对OFDM系统精定时同步算法进行研究的基础上，采用Yang算法作为LTE小区搜索精定时同步，并基于该算法提出其设计准则。为了提高SSS序列在高速移动环境中检测性能，论文探索了SSS序列循环移位和交织映射的结构优势，实现了SSS的差分相关检测算法，并与传统相干检测算法进行仿真对比，验证SSS检测性能得到了较大提升。最后，对论文提出的LTE小区搜索算法进行了物理层链路级仿真，验证了各个关键算法的性能，仿真得出在高斯信道下，小区搜索算法对LTE系统性能几乎没有损失，在移动多径信道下，相比理想性能信噪比只有几个dB的损失，结果表明论文提出的一套LTE小区搜索算法满足性能需求。