为了提高现有3G无线通信系统性能,3GPP(3rd Generation Partnership Project)启动了LTE长期演进(Long Term Evolution)研究项目,希望实现高数据速率、低延时、分组包优化并保证小区边缘性能,LTE在物理层采用了OFDM调制技术。OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)系统可有效地抵消频率选择性衰落,对抗窄带干扰,有极高的频谱利用率。由于这些突出的优点,OFDM被广泛地应用于宽带无线数字通信领域。但OFDM系统的一个突出问题是在高速无线通信中对同步误差的敏感性(对频域误差尤其敏感)。所以,精确的同步对OFDM系统性能是至关重要的。本论文在调研现有OFDM系统同步算法的基础上,重点研究了利用物理层同步信道实现TD-LTE系统下行初始同步的流程以及对应的同步算法;在分析比较多种同步算法的基础上,本论文提出了一种适用于较大频率偏移的主同步方案,该方案利用主同步信号实现定时与频率偏移联合检测,在保证同步性能的基础上大大简化了计算复杂度。最后,为验证设计的同步算法的性能和可靠性,本论文建立了TD-LTE物理层基带仿真平台,仿真了设计算法在AWGN信道、多径衰落信道和同频多基站干扰等条件下的同步性能。仿真结果表明,本文设计的算法较好的实现了TD-LTE系统下行同步。