为保持3G的持续竞争力,3GPP组织于2004年底启动了3G长期演进(LTE)项目,旨在获得更高速率、更低时延和更大系统容量。LTE-TDD作为TD-SCDMA的后续演进标准,频谱效率较高,是目前的研究热点之一。本文首先对LTE的研究背景进行分析,介绍了LTE项目计划和需要实现的性能目标。对LTE上行物理层基本原理进行介绍,包括帧结构、单载波频分复用(SC-FDMA)传输方案以及基于CAZAC码的参考信号设计。其次搭建LTE-TDD物理层上行链路仿真平台。并对DFT变换域和最小二乘法(LS)这两种信道估计算法进行仿真验证,DFT变换域算法的性能始终优于LS算法。随后对存在载波频偏的系统进行仿真,调制阶数越高的上行链路对载波频偏越敏感。为克服载波频偏对系统性能的影响,本文对载波频偏造成的信噪比损失进行理论分析,并研究分析了基于参考信号的载波频偏估计算法。该频偏估计算法适用于多用户上行链路,利用参考信号的恒模特性来减小相位噪声对频偏估计值的影响。该频偏估计算法在满足一定估计精度的前提下,估计范围可以达到[-15,15)KHz。AWGN信道下SNR大于1dB时,该算法的频偏估计误差小于10-2。即使在衰落信道下16QAM工作的SNR范围内,该算法的频偏估计误差仍然低于10-2。最后针对上行链路中信道质量信息(CQI)的Reed Muller编码方式,研究分析了快速哈达马变换译码算法。快速哈达马变换译码算法与最大似然译码算法进行仿真对比,两者性能相差不多,但快速哈达马变换译码算法能够减低运算复杂度和存储空间。