随着集群通信行业用户的不断激增,以及用户对数据和视频等业务的广泛需求,使得传统的窄带数字集群通信系统已很难满足需求,迫切需要采用宽带技术进行数字化集群通信系统的研发。LTE作为第四代移动通信标准,产业实力雄厚,在速率、带宽、频谱效率上均有突出表现,国际产业界大力发展基于LTE技术的宽带集群通信系统,国内在基于TD-LTE宽带集群通信技术上也已基本形成共识。下行同步过程是TD-LTE系统中最关键、最重要的步骤,只有在下行同步完成后,系统上下行链路才能正常工作。论文首先研究了定时误差和频率偏移对接收解调性能的影响;然后对下行链路同步算法从时间同步和频率同步两个方向进行重点研究分析,并搭建了下行物理层matlab仿真链路,对算法进行验证分析;最后对同步算法进行具体的FPGA实现,并搭建了系统级测试链路,对时频同步模块和上下行通信链路进行测试,验证了同步模块和上下行链路的正确性。论文具体内容如下:第一章分析了下行同步搜索和上行随机接入的基本流程,分析了定时误差和频率偏移对系统性能的影响,说明同步技术在TD-LTE系统中的重要地位。第二章从时间同步和频率同步两个角度研究下行链路时频同步算法,主要包括PSS粗同步算法、PSS细同步算法、SSS检测算法、整数倍频偏估计与补偿、小数倍频偏估计与补偿几个主要模块,并对算法进行优化改进,降低了算法复杂度,并利用matlab对算法进行了验证分析,分析了表征同步性能的主要参数的仿真结果,验证了算法的可行性。第三章结合实际的系统设计需求,对下行时频同步算法进行了具体的FPGA实现,详细介绍了各个模块的具体设计方案。在保证算法性能的前提下,降低了算法的实现复杂度和资源占用率,并对实现模块做了modelsim仿真验证,分析了其中某些关键参数仿真结果,验证了FPGA实现功能仿真的正确性。第四章在实际的硬件平台上,对FPGA实现进行测试,分析了相应的测试结果,验证了同步算法FPGA实现的正确性;同时搭建了系统级测试链路,对系统上下行链路进行联合测试,验证了系统上下行链路的正确性。在第五章中,对全文的内容和主要工作做了简要归纳,并指出了后续需要改进的地方和努力的方向。