随着高速线路和交通工具的发展,高速场景下的通信已经成为人们生活中的重要组成部分。新一代无线通信系统—5G（the 5th Generation,5G）可以支持高达500km/h的UE（User Equipment,用户设备）移动速度。PRACH（Physical Random Access Channel,物理随机接入信道）承载了 PRACH preamble（前导）信号,在初始随机接入、无线链路重建和时间同步等过程中有重要作用,是移动通信系统物理层的重要组成部分。PRACH preamble序列由ZC（Zadoff-Chu）序列生成,接收端根据序列相关计算结果进行检测和定时同步。高速移动环境下,PRACH preamble相关计算结果会受到多普勒频偏的影响,进而影响移动通信系统的通信质量。本论文首先对高速场景下的PRACH接入性能进行了研究。多普勒频偏会影响 OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing,正交频分复用）系统子载波间的正交性,从而影响PRACH接入性能。本文首先分析频偏导致的子载波间干扰特性,进一步分析其对序列相关计算结果的影响。相比于传统的PRACH接入性能研究,本文不仅对PRACH preamble检测性能进行了定量分析,并且研究了其定时性能。最后通过仿真验证了理论推导和PRACH接入性能分析结论的正确性。其次,本论文提出了增强型频偏估计算法,充分利用了 PRACH接收端相关计算结果峰值的大小、位置和相位,相比于传统频偏估计算法可以对更大范围内的频偏进行估计。结合频偏对ZC序列相关计算结果的影响,本论文对所提增强型频偏估计算法的性能进行了分析。基于增强型频偏估计算法的性能分析,论文进一步研究了增强接收机性能,并且通过仿真分析,验证了增强接收机带来的性能增益。另外,5GNR（New Radio,新空口）系统中采用的ZC序列具有低PAPR（Peak-to-Average Power Ratio,峰均比）和良好的相关特性,但是相关计算结果的峰值受频偏影响较大,会影响高速场景下的PRACH接入性能。本论文对高速场景PRACH preamble的设计需求进行了总结,提出了抗频偏的序列设计。另外,考虑到PRACH preamble时域序列的PAPR要尽可能低,本论文基于抗频偏序列,采用序列拼接的方法,提出了适用于高速场景的PRACH根序列。然后,在PRACH根序列的基础上,对PRACH preamble的生成方式和相关参数以及PRACH preamble格式进行了定义,提出了适用于高速场景的PRACH preamble设计。最后通过仿真分析,验证了高速场景下采用本论文PRACH preamble设计时PRACH接入性能有了明显提升。