新一代移动通信标准LTE目前已被大多数运营商认可,并正陆续被各运营商广泛地部署。LTE的快速发展衍生出了大量的互联网应用和先进的商业。通过发展健全的LTE网络,汽车行业抓住了车联网的转型机会。作为车联网的通信技术,IEEE802.11p难以在获取服务的同时确保低时延性和高可靠性,特别是在高速场景下。因此,如何通过LTE实现车联网无线通信,已成为的现阶段研究的热点。V2V被认为是许多汽车联网业务的主要类型,具有重大的研究价值。在V2V通信中,传输信号在复杂的通信环境下会经历各种各样的衰落。不同于传统的LTE场景,V2V通信将面临更高的载频偏移挑战,这是由于高速移动中的多普勒效应以及晶振误差所导致的。本文的研究将紧密结合实际情况,重点地讨论高速移动环境下V2V通信的随机接入同步算法以及载频偏移估计问题。本文将基于3GPP中对LTE-V及sidelink所制定的相关协议,构建了适用于V2V通信的物理层链路模型。同时,研究并改善了物理层的随机接入同步和频率偏移估计算法,使其适合于高速移动场景下的V2V通信。针对随机接入算法,本文分析了时、频偏移对接入过程所造成的组合定时错误,并分析ZC序列的特性。之后基于传统的同步信号设计,提出共轭交织的PSSS设计方案,降低时、频偏移带来的定时偏差。最后,使用改进后的同步信号,分别提出叠加式的PSSS和SSSS检测算法,提高同步检测的准确性与时效性。通过系统误检率仿真分析,验证了同步检测算法的正确性。为解决V2V场景下频偏高达4800Hz的问题,本文提出了一种基于Comb-DMRS的载频偏移联合估计算法。该算法串联利用了 Comb-DMRS和相邻的DMRS,在扩大频偏估计有效范围的同时,提高了估计的精度。与此同时,基于AR模型的同步跟踪算法提高了估计算法的鲁棒性。最后对改进后的频偏估计算法进行详细的仿真分析,验证该算法的性能,满足LTE-V在高速移动场景下高可靠性、低时延的需求。