毫米波无线通信技术是未来无线通信技术发展的重要领域之一。传统的sub-6GHz通信频段和无线通信技术,已经无法满足人类快速增长的数据需求,而毫米波波段有着更为丰富的带宽资源,以及更大的信道容量,使得更加快速、可靠的通信成为可能,因此得到越来越多的人的关注,同时也有着极大的发展潜力。毫米波通常指频率处于30GHz到300GHz之间的电磁波,虽然有着丰富的带宽资源,但缺点是需要承受严重的路径损耗,导致毫米波传输距离较短,于是基于大规模多输入多输出系统的波束赋形技术也由此应运而生。通过在发射端和接收端采用波束赋形技术,我们可以将能量集中在某一方向,由此在此方向上得到较大的发射/接收增益,而其他方向上的增益可以忽略不计,通过这种方式便可以弥补毫米波路径损耗较大的缺陷。这要求我们对波束的角度进行估计,以实现波束对齐。基于分层码本的波束二分搜索是一种时间效率很高的波束搜索方式,通过不断地缩小搜索区间实现对最佳对齐角度的估计。然而由于硬件的限制,在相邻波束之间容易发生“误差传播”的现象,降低了波束对齐的准确度。本文针对传统二分法容易发生“误差传播”的不足,提出了三种改进算法:第一种对每阶段中用于搜索的两个波束分别进行移位,并且通过设定门限来判断对齐角度是否位于区间中心附近,这样便解决了区间边缘和中心位置误对准概率高的问题。第二种方法在每层的二分搜索中额外用训练波束探测容易发生误对准的边缘和中心位置,降低了总体的误对准率。第三种将前两种算法进行结合,将波束移位后,额外用一个训练波束探测搜索区间的中心位置,相比第二种算法减少了训练时间消耗。此外本文还提出针对多用户MIMO的用于波束对齐的分层码本,以及基于此码本的波束对齐算法,可以同时对多用户进行波束对齐。通过仿真证明,在极大地减少了时间资源消耗的同时,保持了不错的误对准率。