初始接入（Initial Access）

5G UE（用户设备）连接到基站（gNB）的时序主要分为小区搜索与系统信息获取、随机接入过程、RRC 连接建立三个核心阶段：

小区搜索与系统信息获取：
- UE 通过检测基站发送的同步信号块（SSB），解析其中的主同步信号（PSS）和辅同步信号（SSS），实现与基站的频率同步和时间同步，并获取小区的物理层小区标识（PCI）。
- 解码主信息块（MIB）：通过物理广播信道（PBCH）获取基础信息，如系统帧号、SSB 波束信息等。
- 解码系统信息块 1（SIB1）：通过物理下行共享信道（PDSCH）获取小区接入参数，如初始带宽部分（BWP）配置、TDD 帧结构、PLMN（公共陆地移动网络）列表等。
随机接入过程（4步随机接入为例）
- 发送 PRACH 前导码：UE 在物理随机接入信道（PRACH）上发送随机接入前导码（Preamble），用于发起接入请求。
- 接收随机接入响应（RAR）基站通过 PDCCH（物理下行控制信道）发送携带 RA-RNTI 的 DCI，调度 PDSCH 传输 RAR 消息。UE 检测到匹配的 RAPID（随机接入前导码 ID）后，获取上行定时提前（TA）、临时 C-RNTI 等信息。
- 发送上行消息UE 在物理上行共享信道（PUSCH）上发送 Msg3，内容通常为 RRC 连接请求（含 NAS 初始消息）
- 竞争解决：基站通过 PDCCH 发送携带 TC-RNTI 的 DCI，调度 PDSCH 传输竞争解决消息。UE 若成功匹配自身标识，则随机接入过程完成，TC-RNTI 转为正式 C-RNTI。

小区搜索与系统信息

小区搜索是通过同步信号块（Synchronization Signal Blocks SSBs）来找寻小区的过程，一旦设备找到并连接到一个小区，立刻就会请求小区的系统信息。

同步信号块（Synchronization Signal Blocks SSBs）

为了让设备识别到小区或新小区，同步信号（即 SSBs）会定期发送。SSBs由以下三个信号组成：

主同步信号（PSS）
辅同步信号（SSS）
物理广播信道（PBCH）

SSB占用4个OFDM符号，包含240个子载波。完整结构下图所示：

PSS 结构：在 SSB 的第一个 OFDM 符号中传输，频域占用 127 个子载波，SSB 带宽内剩余 113 个子载波为空。
SSS 结构：在 SSB 的第三个 OFDM 符号中传输，频域占用 127 个子载波，SSS 两侧分别有 8 个和 9 个空子载波。
PBCH 结构：在 SSB 的第二个和第四个 OFDM 符号内传输，且在 SSS 两侧各使用 48 个子载波。

对于特定的频段（frequency band），最多定义两种 SSB 的子载波间隔（numerology）。

Rel.18 新特性：支持在小于 5MHz 的频谱中运行 NR，若 SSB 全部子载波（240 个）超出了可用频谱，超出可用带宽的子载波对应的资源元素将不传输。

SSB在频域中的位置

SSB 可能不在载波中心，如下图，甚至可能与资源块网格不对齐（在4G中SSB永远在资源网格中间）。因此设备会在频域中对SSB可能存在的位置进行搜索（搜索范围是一个有限的集合）。设备找到 SSB 后， PBCH 和剩余广播系统信息明确告知设备其在载频域内的精确位置。

SSB的传输周期

SSB会周期性地发送来让UE识别到小区存在，周期可从 5ms 到 160ms 不等。在进行初始小区搜索时，可假设SSB每20ms出现一次（默认周期多为20ms）。

长周期SSB可提高能耗效率，且同步栅格更稀疏（减少设备需搜索的频域位置数量），但设备需要在每个频率上停留更长时间才能确定无 SSB。（周期大于 20ms 的载波可能在初始接入时不被设备发现，但仍可被处于连接态的设备，如载波聚合场景中的辅小区使用）

短周期SSB可用于进一步加快小区搜索。

主同步信号（Primary Synchronization Sequence PSS）

PSS是是设备接入系统时搜索的首要信号。其设计上具备强鲁棒性，即便设备与网络存在载波频率偏差，也能被检测到。还能作为设备内部频率生成的参考，消除设备与网络间的频率偏差。

PSS占用占用 127 个资源元素（即，127个子载波），映射 PSS 序列(\{x_n\}=x_n(0),x_n(1),\dots,x_n(126))。PSS序列$x_n$的这个n有三种，分别是0,1,2，他们三个都由基本M序列继续推导得到。

基本M序列${x}=x(0),x(1)…x(126)$是这样产生的：

首先令(x(-7) = x(-6) = \dots = x(-1) = 1)。
从(n=0)开始，根据递归公式(x(n) = x(n-7) \oplus x(n-3))计算每一位，直到生成(x(0))到(x(126))的每一位。例如这里的第0位是$x(0) = x(0-7) \oplus x(0-3) = x(-7) \oplus x(-3)$，第10位是(x(10) = x(10-7) \oplus x(10-3) = x(3) \oplus x(7))，第10位使用的$x(3)$和$x(7)$是前面计算得到的。

对基本 M 序列(x(n))应用不同循环移位，得到 3 种 PSS 序列：

(x_0(n) = x(n))；
(x_1(n) = x(n + 43 \ mod \ 127))；
(x_2(n) = x(n + 86 \ mod \ 127))。

小区的物理小区标识（Physical cell identity PCI）决定使用 3 种序列中的哪一种，设备在小区搜索时必须搜索全部 3 种 PSS

辅同步信号（Secondary Synchronization Sequence SSS）

SSS的作用是在 PSS 检测完成后，用于确定检测到的小区的 PCI。

5G 系统总共有 1008 种不同的 PCI（基于所有 3 种 PSS）。PSS 检测将候选 PCI 的范围缩小为原来的 1/3，每种 PSS 对应 336 种不同的 SSS，结合已检测到的 PSS 可确定完整的 PCI。

SSS也占用127个子载波，SSS由两个基本M序列生成，这两个基本M序列是分别使用递推公式$x(n) = x(n-7) \oplus x(n-3)$和$\gamma(n)=(n-7)\oplus\gamma(n-6)$得到的。最后相加的结果是：

$x_{m_1,m_2}(n) = x(n + m_1) + y(n + m_2)$

SS Burst Set

在 5G 通信中，波束扫描（Beam Sweeping）是一种通过动态调整天线波束方向，实现信号在空间不同方向覆盖与检测的技术，它可以使得距离基站较远的设备也能发现并连接基站，对FR2这样的高频非常有用。

在初期发现中，由于不知道UE的确切位置，所以不能针对UE的位置进行波束赋形。因此使用赋形了的波束来扫描，让他们“初始对上频”，后面就可以通过波束赋形来接入了。

SSB 可在不同波束中以时分复用的方式传输，以此扩展覆盖范围。波束扫描中的 SSB 集合被称为 SS Burst Set，SSB 周期就是 SS Burst Set 的周期性。

波束扫描通过时分复用实现：基站在一个周期内（如 20ms），依次发送多个方向的 SSB（例如 8 个波束对应 8 个 SSB）。UE（用户设备）在不同时间窗口检测不同方向的 SSB，从而找到信号最强的波束。

SS Burst Set 的发送周期周期灵活可变，最小周期为 5ms，最大周期为 160ms。但每次发送SS Burst Set （即，完成一次全部方向的完整扫描）都被限制在 5ms 内，位于 10ms 帧的前半部分或后半部分。

不同频段的 SSB 数量上限：

3GHz 以下频段：一个 SS Burst Set 中最多有 4 个 SSB，可实现最多 4 个波束的扫描。
3GHz 到 6GHz 频段：一个 SS Burst Set 中最多有 8 个 SSB，可实现最多 8 个波束的扫描。
高于 6GHz 频段 (FR2-1/FR2-2）：一个 SS Burst Set 中最多有 64 个 SSB，可实现最多 64 个波束的扫描。

频段越高，最大波束数量越多。因为高频段通常需要更窄的波束宽度。同时，SSB 的绝对持续时间取决于 SSB 的子载波间隔，对于低频频段（使用 15 或 30kHz 的低 SSB 子载波间隔），若 SS Burst Set 中有大量 SSB，会带来很大的 SSB 开销。

时域位置与符号占用

不同 SSB 子载波间隔（numerologies）下，SSB 在时域的可能位置不同。但时隙的第一个和最后一个 OFDM 符号不用于 SSB 传输，这些 OFDM 符号分别用于已连接网络的设备的下行和上行控制信令，且这一规则适用于所有 SSB 子载波间隔。

对于15kHz 子载波间隔下，SSB：

可能在最初的四个时隙中传输 SSB。
每个时隙中最多有两次 SSB 传输，第一次可能的 SSB 位置对应符号 2 到符号 5，第二次可能的 SSB 位置对应符号 8 到符号 11。

SSB 的 PSS 和 SSS 仅取决于物理小区标识（PCI），因此波束扫描时一个小区内所有 SSB 的 PSS 和 SSS 都是相同的，设备无法通过它们确定所获取的 SSB 在SS Burst Set 中是哪一个方向的。

系统信息块（System Information Blocks SIBs）

引入：物理广播信道（Physical Broadcast Channel PBCH）

PBCH 是传输显式信道编码信息的物理信道，承载主信息块（MIB），MIB 包含设备获取网络剩余系统广播信息所需的少量关键信息，如下图

SSB time index：标识 SSB 在 SS Burst Set 内的位置，每个 SSB 在 SS Burst Set（包含于 5ms 半帧的前半或后半部分）中有明确位置。
CellBarred 与 Intra-frequency-reselection flags：与设备是否允许接入小区相关。
DMRS Type A position：指示假设 DMRS 映射类型 A 时第一个 DMRS 符号的时域位置。
SIB1 numerology：提供 SIB1 传输所用的子载波间隔信息。
SIB1 PDCCH configuration：提供设备监控 SIB1 调度所需的搜索空间、对应 CORESET 及其他 PDCCH 相关参数信息。
CRB grid offset：提供 SSB 与公共资源块网格之间的频率偏移信息，SIB1 接收需知晓 CRB 网格，因此该偏移信息在 SIB1 接收前需对设备可用。
Half-frame bit：指示 SSB 位于 10ms 帧的前 5ms 还是后 5ms 部分，结合 SSB 时间索引，设备可确定帧边界。

可以看到，PBCH传输有寻找系统信息块（System Information Blocks SIBs）的关键信息：SIB1 传输所用的子载波间隔信息和搜索信息。

系统信息块（System Information Blocks SIBs）

系统信息是设备在网络中正常运行所需的所有公共信息的统称，承载于不同的 系统信息块（SIBs） 中，每个 SIB 包含不同类型的系统信息。

若设备已连接网络，使用专用 RRC 信令进行SIBs传输，若设备未连接网络（如空闲模式且无有效系统信息的独立运行场景），使用广播信令。

SIB1 包含设备接入系统前需知晓的系统信息，在整个小区区域周期性广播，为初始随机接入提供信息，通过常规调度的 PDSCH 传输，周期为 160ms。

剩余 SIBs包含设备接入系统前无需知晓的系统信息，也可像 SIB1 一样周期性广播， SIB1 包含关于剩余 SIBs 是否正在传输及传输方式的信息。

随机接入过程

随机接入的基本概念

在通过SSB搜索到小区以及通过SIB拿到接入所需的信息后，下一步就是发起接入，即，随机接入过程。

之所以叫它随机接入，是因为：

当设备从空闲或非激活态初始接入网络时，没有专用资源可用于初始传输，需在与其他设备共享的上行资源上发送初始传输，这可能导致多设备同时使用资源时发生冲突。
同时，网络无法根据先前接收到的信号来调整设备的传输时间，只能由设备根据接收到的广播信号（如 NR 中的 SSB）来决定自己的传输时间。这会使上行传输的接收定时存在至少两倍传播时间的不确定性。

这种随机性会带来两个影响：

除非是非常小的小区，不同设备的信号可能严重错位，超出循环前缀范围。
导致 OFDM 子载波之间失去正交性，引发用户间干扰或需额外保护带。

需要随机接入流程来控制随机接入的不确定性。

随机接入流程

第一步：设备发送前导码（Preamble）

设备通过物理随机接入信道（PRACH）发送前导码。
前导码设计为即使在时序不准确的情况下也能被低复杂度地接收。
若未收到响应，设备可逐步提高发送功率并重复发送，直到收到随机接入响应（进入第二步）。

第二步：网络发送随机接入响应（RAR）

步骤 1：设备在物理随机接入信道 PRACH发送前导码（Preamble），前导码设计为在缺乏精确定时控制时也能相对低复杂度接收，若未收到响应，设备可逐步提高发送功率并重复发送，直到收到随机接入响应（进入第二步）。
步骤 2：网络发送随机接入响应（RAR），确认已接收到前导码，并提供时间对齐命令，根据接收到的前导码时序调整设备的传输时间。
步骤 3/4：设备和网络交换消息（上行 “消息 3” 和下行 “消息 4”），这两个步骤用于解决多个设备可能同时发送相同前导码而产生的冲突问题。

随机接入流程的其他应用场景

除了用于设备初次接入网络，NR（新无线接入）中的随机接入流程还可用于以下几种情况：

在小区中进行切换时，需要与新小区建立同步，此时可使用随机接入流程。
如果设备长时间未进行上行传输，导致与当前小区的同步丢失，可通过随机接入流程重新建立上行同步。
如果设备没有被分配专用的调度请求资源，可通过随机接入流程来请求上行调度资源。
用于请求传输非广播类型的系统信息（例如某些频段配置或专用服务信息）。

随机接入流程1：前导码与物理随机接入信道（PRACH）

随机接入的前导码的参数信息由SIB1提供，包含：

小区内前导码的传输时间和频率范围
小区内可用的前导码与发射功率参数
SSB 索引到映射到 RACH 的时刻（在毫米波频段操作时，此映射对于初始波束建立至关重要）

网络在配置 RACH 资源时需注意：避免干扰前导码接收和考虑接收时序不确定性配置保护时间。例如下图，通过在Preamble传输时隙后添加保护时间，避免了较远距离传过来的Preamble#2影响到其他传输。

对于某种类型的前导码（对应特定带宽），RACH 资源在一个小区中由以下参数描述：

RACH 周期性： 可配置为 10ms 到 160ms，表示多久开放一次随机接入窗口。
RACH 时隙集合： 每个周期内的具体时间点，设备可在这些时隙发送前导码（位于同一帧内）。
频域资源配置： 包括起始资源块索引和频域复用的 RACH 时机数量。

前导码是基于一个长度为 L 的序列 $p0,p1,…,pL−1p_0, p_1, …, p_{L-1} $生成的，该序列在送入传统 OFDM 调制器之前会先进行 DFT 预编码。因此，前导码可以被视为一种 DFTS-OFDM 信号。

NR 系统中的前导码可以使用基于 Zadoff-Chu 序列构造的不同序列。在一个小区中，最多可以配置 64 个不同的前导码，每个前导码通过编号 0 到 63 来标识。

随机接入流程2：随机接入响应（Random-access Response RAR）

当设备发送完随机接入前导码后，会等待来自网络的响应，以确认前导码已被正确接收。这个响应称为“随机接入响应”（RAR）。

这个RAR包含：

前导码索引（Preamble Index）：网络检测到的前导码编号，以及该响应所对应的前导码。（以便设备确认响应是发给自己的）
时序校正（Timing Correction）：网络根据接收到前导码的时间计算出一个时序校正值。设备应根据该校正值调整自己的上行传输时序，以便后续传输更加精确。
调度授权（Scheduling Grant）：指示设备应使用哪些资源来发送后续的“消息3”。
临时标识（TC-RNTI）：一个临时的无线网络标识符，用于设备与网络之间的后续通信。在设备尚未完成完整连接建立前，网络使用 TC-RNTI 来识别设备

随机接入流程3/4：解决冲突

Step3 会使用设备使用第二步中网络分配的 UL-SCH 资源向 gNB 发送消息。消息中必须包含设备标识，用于后续的竞争解决（Step 4）。

对于设备标识：如果该设备标识已经被RAN所知晓，即设备处于 RRC_CONNECTED 或 RRC_INACTIVE 状态，使用已有的 C-RNTI作为设备标识。如果设备尚未建立连接，使用来自核心网的临时身份（core-network device identifier），gNB 需与核心网交互以确认身份。

Step4是用于处理竞争情况的。如果设备没有有效的 C-RNTI，网络会使用 TC-RNTI 作为地址，在 DL-SCH（下行共享信道）上发送竞争解决消息。

设备会将第四步中收到的身份信息与第三步中自己发送的身份进行比对。只有当这两个身份完全匹配时，设备才会认为随机接入过程成功，并将第二步中的 TC-RNTI 升级为 C-RNTI。

如果没有在 PDCCH 上检测到使用其 C-RNTI 的传输；第四步收到的身份与第三步发送的不匹配；在第三步发送消息后的一定时间内未收到第四步的下行消息。都会被认定为接入失败，需要从第一步重新开始。

这一坨讲得狗屎，但是他说不重要…

波束管理（Beam Management）

波束管理的核心目标是建立并维持一个合适的 “波束对”—— 即发射端波束方向和接收端波束方向的组合，从而保证通信的高质量连接。

最佳波束对不一定是发射端和接收端物理上完全 “对准” 的波束（因无线环境的反射、散射等特性，间接路径的波束组合可能更优）。

波束管理可分为 3 个关键环节：

Initial beam establishment（初始波束建立）：通信初始阶段确定基本波束对。
Beam adjustment（波束调整）：应对终端移动、旋转或环境缓慢变化，动态优化波束对。
Beam recovery（波束恢复）：当环境快速变化（如突然遮挡）导致当前波束对失效时，重新建立有效连接。

Initial Beam Establishment（初始波束建立）

这一环节发生在终端初始小区搜索阶段，步骤如下：

获取 SS 块（同步信号块）：网络会在不同下行波束中依次发送多个 SS 块，终端尝试捕获。
关联随机接入资源：每个 SS 块（对应不同下行波束）会关联一个 “随机接入时机” 和前导码。
建立初始波束对：终端发送上行随机接入信号后，网络可识别终端捕获的下行波束，从而建立 “发射端（网络）- 接收端（终端）” 的初始波束对。
连接建立后的波束沿用：
- 网络向终端的下行传输，会沿用捕获 SS 块时的发射端波束；
- 终端接收后续下行传输时，会沿用捕获 SS 块时的接收端波束；
- 终端上行传输（如后续随机接入），会沿用初始随机接入时的发射端波束，网络也会沿用对应接收端波束。

波束调整

初始波束对建立后，由于终端移动 / 旋转、环境缓慢变化，需要定期重新评估并优化发射端和接收端的波束方向。

波束调整可分为两个独立流程（因为波束对由 “发射端波束成形 + 接收端波束成形” 组成）：

流程 1：基于当前接收端波束，重新评估并调整发射端波束方向。
流程 2：基于当前发射端波束，重新评估并调整接收端波束方向。

下行波束调整

下行波束调整包含上述的2个流程，首先保持设备端的接收波束不变，调整gNB的发射波束；也会保持发射波束不变，寻找最优的接收波束方向。

对于流程1：gNB会发送一组下行参考信号（Downlink Reference Signal），这些参考信号对应于不同的下行波束（例如使用波束扫描发送）。设备会对一组参考信号进行测量，并将结果报告给网络。网络根据这些报告，可能会决定调整当前的发射波束方向。

对于流程2：与流程1一样，设备会尝试各种接收的波束，寻找出最好一个并使用。

上行波束调整

上行波束调整和下行差不多，一些时候甚至不需要单独为上行进行调整。

若能假设 “上下行波束具有对应性”，且已建立并维持了合适的下行波束对，那么上行波束管理可省略（即下行的合适波束对可直接用于上行）。

如果需要单独的上行波束调整，可以基本以与下行波束调整相同的方式进行，主要区别在于测量由网络根据配置的SRS进行，而不是CSI-RS或SS块。

Beam Indication（波束指示）

波束指示是指当网络因某种原因更改自己的发射波束时，终端需调整自身接收波束以匹配该变更，即，让发射端和接收端的波束对保持匹配。

实现这一匹配的工具是TCI（Transmission Configuration Indicator，传输配置指示）：TCI 用于指示下行传输所使用的波束。终端基于 TCI 状态选择合适的接收波束；若网络更改发射波束，TCI 状态也会改变，终端可直接据此调整接收波束

Beam Recovery（波束恢复）

当环境变化或其他事件导致当前波束对被快速阻断（常规波束调整来不及响应）时，需通过波束恢复流程重建连接。其核心步骤包括：

波束失效检测（Beam-failure detection）
候选波束识别（Candidate-beam identification）
恢复请求传输（Recovery-request transmission）
网络响应（Network response to the beam-recovery request）

波束失效判定

波束失效的判定逻辑如下：

当下行控制信道（PDCCH）的错误概率超过某一阈值时，判定为波束失效。
终端通过测量周期性的CSI-RS 或 SS 块的 L1-RSRP（层 1 参考信号接收功率）来判断波束是否失效。
默认情况下，终端测量与 PDCCH TCI 状态关联的 CSI-RS 或 SS 块；也可配置成其他 CSI-RS 用于失效检测。

候选波束识别

终端需寻找能恢复连接的新波束对，流程如下：

网络为终端配置资源集（由一组 CSI-RS 或 SS 块组成），每个参考信号对应一个下行波束，该资源集即为 “候选波束集”。
终端测量候选波束集对应的参考信号 L1-RSRP：若某参考信号的 L1-RSRP 超过配置阈值，则认为其对应可恢复连接的波束。
需注意：终端需考虑不同的接收端波束方向，最终确定的是 “候选波束对”（发射端 + 接收端波束的组合）。

恢复请求传输

这是波束恢复的执行与确认阶段，分为两个层面：

（1）恢复请求传输

当终端检测到波束失效且识别出候选波束对后，会发送波束恢复请求，目的是告知网络 “已检测到波束失效”，请求中可包含候选波束的信息。
该请求本质是免竞争随机接入请求，由 “前导码传输” 和 “随机接入响应” 组成：每个候选波束的参考信号会关联特定的前导码配置；终端需使用与识别出的下行波束匹配的上行波束，传输对应前导码。

（2）网络响应与重传机制

终端发送恢复请求后，会在下行链路监听网络响应。
监听从恢复请求传输后的4 个时隙开始，若在 “可配置大小的窗口” 内未收到响应，终端会按照配置的功率爬坡参数重传恢复请求。

多传输接收点（Multi-TRP）操作

TRP（Transmission and Reception Point，传输接收点）是网络侧用于传输和 / 或接收的物理点。例如，它可以对应不同的基站站点，或分布式天线系统中地理上分离的天线。

多 TRP 操作主要包含两类场景：

下行多点传输：多个 TRP 同时向同一终端发送下行数据。
上行多点接收：多个 TRP 同时接收同一终端的上行传输。

TRP 有以下优势：

功率增益：多个 TRP 同时发射，总发射功率提升，增强信号覆盖与强度。
秩增益：多 TRP 使信道更 “丰富”，支持更高的信道秩，从而实现更高的数据速率。
可靠性增益：若某一 TRP 的链路被遮挡，可通过其他 TRP 维持连接，提升通信连续性。

在对终端透明的TRP操作中，终端无需感知多个 TRP 的存在，网络侧通过多 TRP 协作完成传输或接收，终端以 “单 TRP 通信” 的逻辑进行处理。

除了 “对终端透明” 的多 TRP 操作，NR 规范还明确支持多种非透明方案：

非相干联合传输（Non-Coherent Joint Transmission NCJT，Release 16 引入）：两个传输点同时发送不同的下行数据，提升终端下行速率。
分时 / 分频率重复传输：同一数据通过不同时间或频率资源从两个传输点发送，提升下行传输可靠性。
上行分时多 TRP 接收：同一上行数据向不同接收点在不同时间发送，提升上行传输可靠性。