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LTE-A(Long Term Evolution-Advanced,高级长期演进)系统采用载波聚合、多天线增强、多点协作传输等关键技术,使得系统的峰值数据速率、峰值频谱效率及小区边界用户性能均显著提升,因此LTE-A成为近几年无线通信发展的主流。随着LTE-A网络不断发展网络内用户日益剧增,为了营造和维护良好的网络安全环境,国家安全机构需要对网络内一些敏感用户的行为进行监测,因此需要开发一款第三方LTE-A侦测仪表,对LTE-A网络中敏感用户终端的信号进行截获分析。为了满足LTE-A侦测仪表开发需求,本文对LTE-A下行信号处理系统进行设计与实现。该系统能够对物理小区内的下行信号进行接收处理,并通过下行消息的解析提取用户身份识别码,达到发现目标用户的目的。本文对中频信号接收、下行同步、下行物理信道处理、高层协议消息解析等模块展开了深入研究,通过对现有设计方案的分析比较,给出适合本系统开发的设计方案,并在侦测平台上加以实现。本文结合LTE-A下行信号处理系统开发需求,给出了中频信号接收模块的实现方案,该方案能够从40MHz带宽的中频信号中提取多个频点的信号。通过研究现有的时域下行同步信号捕获方法,本文给出了一种基于频域的滑动相关FPGA实现方案,该方案计算复杂度约为现有时域滑动相关方案的2倍,但该方案取消了回溯计算过程和判决门限,降低因判决门限而造成误判的概率约为33%,且消耗的存储资源降低了64%。根据LTE-A下行物理信道处理流程,本文给出解基带信号的过程控制方案,该方案能够有效的调度LTE-A下行物理信道处理过程,将系统处理时延控制在0.17ms范围内。针对系统消息、寻呼消息、随机接入下行消息的解析,本文给出了设计方案并通过DSP进行实现。本文在侦测平台上完成了系统模块的调测,测试结果表明:单一环境下小区搜索正确率为98%,复杂环境下小区搜索正确率为96%,PBCH接收处理正确率达95%,且系统成功捕获并解析出基站发送给目标用户寻呼消息和随机接入下行消息的概率为96%。