毫米波大规模多输入多输出（Multiple-input Multiple-output, MIMO）通信是未来无线通信的关键技术之一。大规模 MIMO 系统利用波束成形技术不仅可以弥补毫米波信号传输的路径损耗又可以充分挖掘空间自由度。本文针对毫米波大规模 MIMO 中的波束训练和波束跟踪开展研究工作，具体如下。
　　研究了基于码本的波束训练技术，提出了一种利用辅助计算设计的自适应码本并基于该码本提出了一种快速波束训练算法。在分层码本的每一层，首先根据之前几层的波束训练结果对信道的到达角（Angle of Arrival, AOA）或出发角（Angle of Departure, AOD）进行估计，然后自适应的设计能够对准所估计出的AOA或AOD的当前层码字。得益于在设计自适应码本和波束对准的过程中使用额外的计算资源进行辅助，本文提出的算法相比于现有的分层码本算法可以在提升波束训练的准确性的同时大幅度减少训练的开销。仿真结果验证了本文提出的算法的有效性。
　　考虑到收发端的移动性，可基于当前波束训练结果进行波束跟踪。为提高波束跟踪的效率，本文提出了一种基于重叠码字的快速波束跟踪算法。该算法仅需测试少量的波束即可完成波束跟踪而不需要其他辅助设备提供信道先验信息。该算法根据毫米波波束域信道能量分布特征，在每轮信道探测时，利用重叠码字形成波束指向接收端可能的空间位置依次进行探测，根据探测结果动态调整探测方向，直到发射波束与接收波束均对准毫米波信道的主径。仿真结果表明本算法相比于穷举搜索算法可以显著减少波束跟踪的开销，并具有更高的波束跟踪准确性。