LTE作为现代通信系统新一代的标准,已经被各大运营商和研究机构所接受。为了获得更高的通信速率、更大的覆盖范围和系统容量,LTE引入了OFDM和MIMO等关键技术,支持FDD和TDD两种双工方式,以满足人们对移动通信服务质量和速率的要求。LTE小区搜索是移动设备接入到小区的第一个物理层过程。在小区搜索过程中,首先进行的是主同步序列的粗定时同步。定时偏差会影响到同步过程,主同步的性能又直接影响到后续的通信过程,因而研究主同步算法具有重要意义。本文首先介绍了LTE的发展背景以及下行主同步算法的研究现状,分析了LTE物理层的帧结构和时频资源格,阐述了OFDM技术的原理,以及同步误差对OFDM系统性能的影响,并说明了小区搜索流程,以及下行同步序列的特点。在此基础上着重研究了适用于LTE系统的下行定时算法,包括基于自相关的同步算法和基于互相关的同步算法。在分析现有算法优缺点的基础上,针对现有算法的不足提出改进算法。现有的自相关算法有S&C算法,以及在此基础上改进的Minn算法和Yong算法。这些算法都属于二阶自相关算法,其采用的训练结构与PSS并不一致,因此不适用于LTE下行主同步。并且经过证明,二阶统计量非充分统计量。因而本文针对PSS序列的结构特点,提出了基于四阶自相关的改进算法。改进算法首先对度量函数进行了改进,使算法对频偏具有鲁棒性,并且通过增加相关长度和门限提高算法抗噪声的性能。本文的仿真在AWGN信道及LTE标准中规定的信道模型中进行,采用均方误差MSE作为算法的判断标准。从仿真结果可以看出:在AWGN信道和多径信道中,频偏的大小并不会影响算法的定时性能,而传统算法在较大的频偏下性能并不理想。同时,仿真验证了在低信噪比下,改进的算法可以通过增加相关长度和门限的方法来降低误差概率。现有的互相关算法包括Kang算法、M-part算法等,在频偏比较小时算法性能较好,但通过仿真分析,当频偏比较大时性能就会下降。因而本文提出了一种基于互相关的改进算法,该算法对频偏具有鲁棒性,并且相关长度也可调节,从而可以通过增加相关长度和门限的方法来提高抗噪性。仿真研究表明:在AWGN信道和多径信道中,基于互相关的改进算法在抗频偏和抗噪性能上都有提升。将以上两种改进算法进行比较,可以看出基于互相关的改进算法定时性能较自相关更好。