小區搜尋過程
在初始小區搜尋中，UE搜尋到一個小區，並檢測其所發射的DwPTS，建立下行同步，獲得小區擾碼和基本Midamble碼，控制復幀同步，然後讀取BCH信息。初始小區搜尋按以下步驟進行。
①搜尋DwPTS
移動台接入系統的第一步是獲得與當前小區的同步。該過程是通過捕獲小區下行導頻時隙DwPTS中SYNC_DL來實現的。系統中相鄰小區的下行同步碼互不相同，不相鄰小區的下行同步碼可以復用。
按TD-SDMA的無線幀結構，下行同步碼在系統中每5ms傳送一次，並且每次都用全向天線以恆定滿功率值傳送。移動台接入系統時，對32個下行同步碼進行逐一搜尋，即用接收信號與32個可能的下行同步碼逐一做相關，由於該碼字彼此間具有很好的正交性，獲取相關峰值最大的碼字被認為是當前接入小區使用的下行同步碼。同時，根據相關峰值的時間位置也可以初步確定系統下行的定時。
②擾碼和基本訓練序列碼識別
UE接收到位於DwPTS時隙之前的P-CCPCH上的訓練序列。每個下行同步碼對應一組4個不同的基本訓練序列，因此共有128個互不相同的基本訓練序列，並且這些碼字相互不重疊。基本訓練序列的的編號除以4就是SYNC_DL碼的編號。因此，32個SYNC_DL和P-CCPCH的32組訓練序列一一對應，一旦下行同步碼檢測出來，UE就知道是哪4個基本的訓練序列被使用。然後UE只需要通過分別使用這4個基本訓練序列進行符號到符號的相關性判斷，就可以確定該基本訓練序列是4個碼中的哪一個。在一幀中使用相同的基本訓練序列。而每個擾碼和特定的訓練序列相對應，因此就可以確定擾碼。根據搜尋訓練序列結果，UE可以進行下一步或返回到第一步。
③控制復幀同步
UE搜尋P-CCPCH廣播信息中的復幀主指示塊（MIB，MasterIndicationBlock）。為了正確解出BCH中的信息，UE必須要知道每一幀的系統幀號。系統幀號出現在物理信道QPSK調製時相位變化的排列圖案中。通過採用QPSK調製對n個連續的DwPTS時隙進行相位檢測，就可以找到系統幀號，即取得復幀同步。這樣，BCH信息在P-CCPCH幀結構中的位置就可以確定了。根據復幀同步結果，UE可能執行步驟4或者返回步驟2。
④讀取廣播信道BCH
UE在發起一次呼叫前，必須獲得一些與當前所在小區相關的系統信息，比如可使用的PRACH、FPACH和S-CCPCH（承載FACH邏輯信道）資源及它們所使用的一些參數（碼、擴頻因子、中間碼、時隙）等。這些信息周期性地在BCH上廣播。BCH是一個傳輸信道，它映射到P-CCPCH。UE利用前幾步已經識別出的擾碼、基本訓練序列碼、復幀頭讀取被搜尋到小區的BCH上的廣播信息，從而得到小區的配置等公用信息。
上行同步過程
對於TD-SCDMA系統來說，上行同步是UE發起一個業務呼叫前必需的過程。如果UE僅駐留在某小區而沒有呼叫業務時，UE不用啟動上行同步過程。因為在空閒模式下，UE和NodeB之間僅建立了下行同步，此時UE與NodeB間的距離是未知的，UE不能準確知道傳送隨機接入請求訊息時所需要的發射功率和定時提前量，此時系統還不能正確接收UE傳送的訊息。因此，為了避免上行傳輸的不同步帶給業務時隙的干擾，需要首先在上行方向的特殊時隙UpPTS上傳送SYNC_UL訊息，UpPTS專用於UE和系統的上行同步，沒有用戶的業務數據。
TD-SCDMA系統對上行同步定時有著嚴格要求，不同用戶的數據都要以基站的時間為準，在預定的時刻到達NodeB。
按照系統的設定，每個DwPTS序列號對應8個SYNC_UL碼字，UE根據收到的DwPTS信息，隨機決定將使用的上行SYNC_UL碼。NodeB採用逐個做相關的方法可判斷出UE當前使用的是哪個上行同步碼。具體的步驟如下。
（1）下行同步的建立
即上述小區搜尋過程。
（2）上行同步的建立
UE根據在DwPTS或P-CCPCH上接收到信號的時間和功率大小，決定UpPCH所採用的初始發射時間和初始傳送功率。NodeB在搜尋窗內檢測出SYNC_UL後，就可得到SYNC_UL的定時和功率信息。並由此決定UE應該使用的傳送功率和時間調整值，在接下來的4個子幀（20ms）內通過FPACH傳送給UE，否則UE視此次同步建立過程失敗，在一定時間後將重新啟動上行同步過程。在FPACH中還包含UE初選的SYNC_UL碼字信息以及NodeB接收到SYNC_UL的相對時間，以區分在同一時間段內使用不同SYNC_UL的UE，以及不同時間段內使用相同SYNC_UL的UE。UE在FPACH上接收到這些信息的控制命令後，就可以知道自己的上行同步請求是否已經被系統接受。上行同步同樣也適用於上行失步時的上行同步再建立過程中。
（3）上行同步的保持
NodeB在每一上行時隙檢測Midamble，估計UE的發射功率和發射時間偏移，然後在下一個下行時隙傳送SS命令和TPC命令進行閉環控制。
基站間同步
TD-SCDMA系統中的同步技術主要由兩部分組成，一是基站間的同步（SynchronizationofNodeB）；另一是移動台間的上行同步技術（UplinkSyncronization）。
在大多數情況下，為了增加系統容量，最佳化切換過程中小區搜尋的性能，需要對基站進行同步。一個典型的例子就是存在小區交疊情況時所需的聯合控制。實現基站同步的標準主要有：可靠性和穩定性，低實現成本，儘可能小地影響空中接口的業務容量。
所有的具體規範尚處於進一步研究和驗證階段，其中比較典型的有以下4種方案（主要在R5中有討論）。
①基站同步通過空中接口中的特定突發時隙，即網路同步突發（NetworkSynchronzationBurst）來實現。該時隙按照規定的周期在事先設定的時隙上傳送，在接收該時隙的同時，此小區將停止傳送任何信息，基站通過接收該時隙來相應地調整其幀同步。
②基站通過接收其他小區的下行導頻時隙（DwPTS）來實現同步。
③RNC通過Iub接口向基站發布同步信息。
④藉助於衛星同步系統（如GPS）來實現基站同步。
NodeB之間的同步只能在同一個運營商的系統內部。在基於主從結構的系統中，當在某一本地網中只有一個RNC時，可由RNC向各個NodeB發射網路同步突發，或者是在一個較大的網路中，網路同步突發先由移動交換中心（MSC）發給各個RNC，然後再由RNC發給每個NodeB。在多MSC系統中，系統間的同步可以通過運營商提供的公共時鐘來實現。
隨機接入過程
隨機接入過程分為3個部分。
（1）隨機接入準備
當UE處於空閒狀態時，它將維持下行同步並讀取小區廣播信息。UE從下行導頻信道（DwPCH）中獲得下行同步碼後，就可以得到為隨機接入而分配給上行導頻信道（UpPCH）的8個SYNC_UL碼。PRACH、FPACH和S-CCPCH信道的詳細信息（採用的碼、擴頻因子、Midamble碼和時隙）會在BCH中廣播。
（2）隨機接入過程
在UpPTS中緊隨保護時隙之後的SYNC_UL序列僅用於上行同步，UE從它要接入的小區所採用的8個可能的SYNCUL碼中隨機選擇一個，並在UpPTS物理信道上將它傳送到基站。然後UE確定UpPTS的發射時間和功率（開環過程），以便在UpPTS物理信道上發射選定的特徵碼。
一旦NodeB檢測到來自UE的UpPTS信息，那么它到達的時間和接收功率也就知道了。NodeB確定發射功率更新和定時調整的指令，並在以後的4個子幀內通過FPACH（在一個突發/子幀訊息）將它傳送給UE。
UE從選定的FPACH（與所選特徵碼對應的FPACH）中收到上述控制信息，表明NodeB已經收到了UpPTS序列。然後，UE將調整發射時間和功率，並確保在接下來的兩幀後，在對應於FPACH的PPACH信道上傳送RACH。在這一步，UE傳送到NodeB的RACH將具有較高的同步精度。
之後，UE將會在對應於FACH的CCPCH的信道上接收到來自網路的回響，指示UE發出的隨機接入是否被接收，如果被接收，將在網路分配的UL及DL專用信道上通過FACH建立起上下行鏈路。
在利用分配的資源傳送信息之前，UE可以傳送第二個UpPTS並等待來自FPACH的回響，從而可得到下一步的發射功率和SS的更新指令。
接下來，基站在FACH上傳送帶有信道分配信息的訊息，基站和UE間進行信令及業務信息的互動。
（3）隨機接入衝突處理
在有可能發生碰撞的情況下，或在較差的傳播環境中，NodeB不發射FPACH，也不能接收SYNC_UL，也就是說，在這種情況下，UE就得不到NodeB的任何回響。因此UE必須通過新的測量，來調整發射時間和發射功率，並在經過一個隨機延時後重新發射SYNC_UL。注意：每次（重）發射，UE都將重新隨機地選擇SYNC_UL突發。
