5G(Fifth Generation,5G)的一个关键指标是传输速率,按照通信行业的预期,5G的峰值速率不小于10 Gbps,而4G(Forth Generation,4G)的传输速率不到5G的十分之一。根据香农公式,无论是增加频谱利用率还是增加频谱带宽都可以增加传输速率。毫米波波长的单位是毫米数量级的,波长越小,频率越高,含有丰富的频谱资源和带宽,大约在30 GHz~300 GHz,可以满足5G通信对频谱资源的需求。毫米波的特点是波长短、传输距离短、传输损耗大、穿透能力弱。但是天线的物理尺寸与波长成正比,毫米波允许通信双方配备大规模天线阵列。采用大规模天线和波束成形技术可以克服毫米波通信的不足,改善通信质量。在毫米波大规模天线系统中,为了应对严重的路径损耗,收发端波束必须非常精确的对准,结合毫米波信道的稀疏特性,如果两个连通设备之间轻微的波束失准就会使信号功率显著降低,所以必须采用波束训练流程去确定发射端和接收端的适当的方向。本课题聚焦毫米波系统中低复杂度的波束训练,考虑到全数字波束成形实现的困难以及模拟波束成形在性能上的约束,采用混合模拟数字波束成形。混合波束成形技术通过将全数字的处理分解成数字基带编码和模拟射频波束成形两个部分,能够获得较高的增益,同时降低系统处理和硬件实现的复杂度,本文具体内容如下:根据阵列天线特性预先定义混合波束成形码本集覆盖所有的空间角度,基于一定最优准则对收发端码本进行最优搜索。通过波束搜索算法确定最佳的发射码本和接收码本,由此得到发射码本和接收码本对应的空间角度。本文采用优化分级码本,提出一种改进的分层波束搜索方法,实现波束搜索成功率仿真,结果表明,基于优化分级码本的改进的分层波束搜索成功率在低信噪比时约有10%的提高。毫米波信道限制散射,多径分量主要由反射生成。不同的多径分量有不同的物理传送角度和接收角度。为了应对由于信道阻塞导致的波束链路失效情况,在改进的算法上实现一种双波束搜索的方案,同时获取最优波束和次优波束,最优波束用于通信,而次优波束作为通信链路失效时的备选波束保证通信链路的快速建立。仿真结果表明,多波束搜索成功率没有单波束搜索成功率高,只有准确搜素到最优波束,次优波束搜索的成功率才会相应提高。