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毫米波通信是无线通信的前沿领域。因为6 GHz以下的可用频段非常有限,毫米波频带受到了学术界和工业界的高度关注。大规模MIMO和波束成形技术由于可以弥补毫米波信号的巨大路径损耗,而成为毫米波移动通信的关键技术。此外,由于实现复杂度、硬件成本和功耗等问题的约束,在毫米波通信中无法实现传统MIMO系统的全数字处理,因此,毫米波MIMO系统中的模拟和数字混合波束成形技术成为研究热点。本文对毫米波传播特性、信道模型和混合波束成形技术进行了研究,主要工作和成果如下:1.研究了毫米波单用户MIMO系统中的固定波束和基于信道状态信息的预编码(FBCP)算法。由于FBCP算法中奇异值分解获得的子信道增益差异较大,使得系统整体性能下降。为了解决这一问题,本文将传统MIMO中基于LDL~H分解的预编码应用到FBCP算法的数字处理部分,提出了基于LDL~H分解的混合波束成形算法。基于LDL~H分解的混合波束成形算法可以得到增益更加平均的子信道,因此提高了系统的误码性能。计算机仿真表明,所提算法与FBCP算法相比,在不增加计算复杂度的条件下,降低了系统误码率。2.在采用毫米波通信的多用户MIMO下行链路中,基于QR分解和LDL~H分解提出了混合块对角化算法的改进算法。所提混合波束成形算法对混合块对角化算法中的两次奇异值分解分别用QR分解和LDL~H分解进行了替换,得到的算法与原算法相比,既提高了系统的误码性能,又降低了计算复杂度。3.提出了毫米波多用户MIMO系统下行链路混合多流分集波束成形算法。多用户MIMO系统中,传统块对角化操作通过求解其他用户信道矩阵构成的干扰矩阵的零空间来实现。本文提出新的干扰矩阵构造方法,将用户的自身信道信息也包含在内,所得预编码不仅能够消除多用户干扰,同时还能消除等效接收天线之间的干扰,从而获得更好的系统性能。仿真表明,所提混合波束成形算法与混合块对角化算法相比,能够得到更好的误码率性能和频谱效率。