第五代移动通信技术（5th Generation Mobile Communication Technology,5G）目前已经完成15版本和16版本协议标准的制定,并已于2018年投入商用。但对5G、B5G和6G无线通信技术的研究仍是通信领域的焦点。在无线接入技术方面,3GPP为5G定义了一种称为新无线电（New Radio,NR）的新型无线接入标准。与长期演进技术（Long Term Evolution,LTE）类似,小区搜索是用户设备（User Equipment,UE）接入基站（Base Atation,BS）的第一步,但5G系统在频段、同步信息块（SS/PBCH Block,SSB）和同步序列选择等方面与LTE相比已经发生变化。随机接入是UE与BS无线网络建立起连接的首要步骤,也是上行同步的关键步骤。因此,研究5G NR小区搜索和随机接入具有重要的意义。本文在研究小区搜索和随机接入算法的基础上,设计实现了一款基于USRP的小区搜索和随机接入测试平台,主要内容如下:（1）针对 5G NR 主同步信号（Primary Synchronization Signal,PSS）和辅同步信号（Secondary Synchronization Signal,SSS）的性质,对小区搜索PSS粗定时同步、频偏估计、精定时同步和SSS检测进行了研究。针对PSS粗定时同步,本文提出了一种改进算法,该算法通过对本地PSS序列预置归一化频偏再进行互相关增强抗频偏性能,并通过频域相乘计算相关值和对接收信号分段减小计算量,仿真结果表明了该算法具有良好的抗频偏和抗噪声性能,并且相对于传统算法具有复杂度低的优势。对于小区搜索中的SSS检测,本文提出了一种改进的SSS检测算法,该算法通过顺序检测SSS序列生成式中的两个循环移位值,将SSS检测算法的复杂度降低为传统检测算法的40%,仿真结果表明了该算法的有效性。针对5GNR随机接入信道（Physical Random Access Channel,PRACH）前导检测,本文采用频域相关前导检测算法,并提出适用于多径信道的噪声估计算法,仿真结果表明该噪声估计算法的有效性。（2）.NR物理层的实现和仿真验证。物理层的设计是NR中最核心的部分,物理信道的性能决定着整个测试平台能否正常运行。本文首先对NR上下行物理信道通用处理过程进行了研究和实现,包括循环冗余校验（Cyclic Redundancy Check,CRC）添加和校验、Polar编译码、低密度奇偶校验码（Low Density Parity Check Code,LDPC）的编译码、调制解调、信道估计和均衡的研究和实现,然后基于NR通用过程实现了上下行物理信道。为验证所实现物理信道的性能,对NR上下行物理信道进行了链路级仿真,仿真采用的无线信道为抽头延迟线多径信道。仿真结果表明物理层的实现满足测试平台性能要求。（3）.在小区搜索和随机接入相关算法研究和物理信道实现的基础上,本文在Linux系统下基于通用软件无线电外设（Universal Software Radio Peripheral,USRP）平台实现了 5G NR小区搜索和基于竞争的随机接入过程测试平台,该测试平台采用软硬件联合架构,其中硬件部分采用USRP,软件部分在通用计算机（General Purpose Computer,GPC）上分为BS侧和UE侧进行实现,包括BS和UE的无线资源控制层、媒体访问控制层和物理层的简化实现以及实现层间交互接口实现。最后对所实现的小区搜索和随机接入测试平台进行了测试,测试结果表明,该测试平台可以在实际无线信道中正常运行,后续小区搜索和随机接入相关研究可以在该平台上进行真实无线信道测试。