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第五代移动通信(5th Generation mobile communication,5G)是最新一代蜂窝移动通信技术,其性能目标是高数据速率、减少延迟、节省能源、降低成本、提高系统容量和大规模设备连接。随机接入过程是终端接入网络的第一步,因此设计出快速高效的随机接入过程对于5G系统至关重要。在“增强移动宽带5G终端模拟器研发”项目支持下,本课题重点分析了5G系统物理随机接入信道(Physical Random Access Channel,PRACH)发送和接收过程中相关检测、检测阈值设置以及定时提前量(Timing Advance,TA)估计等问题并给出相应的解决方案。本文主要工作如下:1.结合第三代合作伙伴计划(3rd Generation Partnership Project,3GPP)标准,本课题完成了随机接入过程中PRACH的MATLAB链路搭建。这其中包括基带信号的生成、解PRACH基带信号以及前导检测。在接收端的设计方案中,本文选取了以牺牲少量内存资源降低复杂度的频域ZC序列生成算法以及运行时间更小的频域相关检测算法。2.针对基于噪声估计的阈值检测算法在噪声方差估计不准确时影响检测性能的问题,本文给出了一种改进的阈值检测算法。改进算法主要修改了判决门限变量并设置二次阈值进行检测。仿真结果表明,与传统的基于噪声估计的阈值检测算法相比,改进算法的正确检测概率性能提高了1～2d B,而虚警概率提高了0.8～1d B。因此,改进后的方案对于随机接入性能有了一定的提升。针对传播时延超过循环前缀(Cyclic Prefix,CP)长度影响上行同步成功率的问题,在不修改协议的情况下本文提出了一种定时提前量估计补偿方案。该方案针对新增的前导格式2不同时延情况的TA值进行补偿,进而准确的估计出TA值。仿真结果表明,在传播时延超过CP长度时,引入TA估计补偿方案后TA估计误差最大约为0.98us,满足标准要求误差在1.04us以内的指标。3.结合改进的阈值检测算法,本文对PRACH发送和接收流程在TMS320C6678芯片上进行了数字信号处理(Digital Signal Processing,DSP)实现。本文对比了MATLAB仿真和DSP实现时的前导正确检测概率和虚警概率。结果表明,整个DSP实现方案可以满足协议规定的信噪比要求。本文还从运行时间和占用空间两方面对整个方案进行了可行性分析,证明了其能够满足项目的要求。