由于5GHz以下微波频段的资源越来越紧缺,毫米波频段开始受到越来越多的关注。一方面,高频谱上大量的可用频谱资源能够满足下一代无线初始接入网络的高速率数据传输需求,而另一方面,为了克服毫米波频段严重的传输路径衰落,毫米波蜂窝系统需要引入定向多波束技术进行传输。这一举动使得控制层流程更为复杂,尤其对初始接入过程有着关键影响。在3GPP LTE协议中,初始接入主要包括下行同步和上行随机接入两个部分。本文仅讨论毫米波蜂窝系统中的下行同步序列设计以及多波束搜索过程。首先,同步信号的设计应当考虑更多额外信息的映射,比如同步信号块ID和波束ID。本文中,设计了 Zadoff-Chu序列与多相序列联合组成的TSS序列,来承载同步信号块ID与波束ID检测。Zadoff-Chu序列有着良好的自相关与互相关特性,峰均比较低,常用于序列设计。其与多相序列的联合一方面保留了优良的相关特性,另一方面也一定程度上降低了计算复杂度,达到误测率与复杂度的均衡。仿真证明,相较于传统同步信号设计,本文所提出的方案能够使得卷积结果最大化,提高检测准确度,达到准确度与复杂度的均衡。其次,论文提出了几种波束搜索算法并比较了不同场景下的性能好坏。穷举式搜索算法覆盖性能较好,适用于边缘用户,但同时会造成严重的时延。两级迭代算法相较于穷举算法,缩短了时延。但是,每一层级的搜索都需要遍历所有波束的权重向量,并且加以比较,无疑增加了复杂度。因此,本文提出基于门限值的多级迭代式搜索算法,利用门限值控制机制来减少搜索次数,从而减小复杂度。该方案通过上下门限值的设定,大幅度减少运算次数,使得在大多数情况下,只需计算其中的一个权重向量对应的SNR值,即可判定最佳波束向量的所处方位。误测率是衡量同步信号传输和检测的主要指标,时延是初始接入过程中波束传输的巨大挑战。最后,通过仿真证明,面对不同的场景,所提出的设计方案与算法在误测率与时延上均达到了较好性能。对于小区中心用户,可采用序列长度为256的第一类型TSS序列与多级迭代式搜索算法为最佳。对于小区边缘用户,可采用序列长度为128的第二类型TSS序列与穷举式搜索算法为最佳。