正交频分复用(OFDM)已被新一代移动通信系统LTE及LTE-Advanced采纳为基带信号生成的关键技术。OFDM在提高频谱利用率的同时也增大了系统内某些模块的处理难度，其中包括定时同步模块和载波频偏估计模块。　　 定时误差会影响OFDM符号的解调性能，而载波频偏则会使频域子载波间的正交性遭到破坏。面对复杂的无线移动信道，在研究定时同步算法和频偏估计算法时需要综合考虑各方面因素，而不能仅仅在理想环境下进行算法性能的仿真与分析。因此，在较为实际的情况下研究适用于TD-LTE系统的时频同步方案是本文的目标。　　 多径传播和多普勒效应是造成定时误差和载波频偏的主要因素，文章重点分析了TD-LTE系统中三种标准多径信道场景的基本参数和特性。针对定时同步模块，分析了传统算法在不同条件下的性能，得出了整数倍频偏(IFO)对基于主同步信号(PSS)的互相关算法有较大影响的结论。同时，提出了一种能够对抗整数倍频偏并且适用于多径传播信道的定时同步算法，该算法的定时估计均方误差比常规算法要低一个数量级。文章将频偏估计模块分为小数倍频偏(FFO)估计和整数倍频偏估计两个部分分别进行研究。在多径信道下循环前缀(CP)已被多径时延干扰，此时基于CP的最大似然(ML)算法在估计小数倍频偏时有较大误差。传统的整数倍频偏是在频域进行估计的，该算法的性能在较大定时误差存在的情况下急剧下降。针对上述情况，提出了基于PSS的对称相关算法估计小数倍频偏、基于频域能量检测的方法估计整数倍频偏以及一种在时域联合估计IFO和FFO的快速频偏估计方案。　　 最后，针对《TD-LTE射频一致性测试仪表》项目设计了两种应用于不同场景的时频同步方案，并在TMS320C6455DSP软件平台上完成了实现工作。在高斯白噪声信道下，基于对称相关的时频同步联合估计方案在保证时频参数估计精度的前提下能够极大降低计算复杂度。在大频偏、多径信道下，设计了一种时频同步参数快速估计的方案，该方案能够抵抗整数倍频偏对定时同步的干扰并在时域快速估计载波频偏。两种方案的可行性在项目的开发过程中得到了验证。