随着社会的飞速发展,人们对于信息传递的要求也越来越高。在即将到来的5G通信时代,为了进一步满足信息传输速率更快的要求,越来越多的研究已经和毫米波技术结合起来。毫米波虽然有着先天的高频率、宽带宽的优点,但过高的频率使得毫米波的波长极其短,所以它本身在户外传播的时候易受不同气象条件影响,从而限制了它的传输距离不可能达到很远。大规模天线阵和相关技术的出现使这一问题得到了缓解。在集成了大规模天线阵的毫米波收发机系统中,随着天线阵的扩大,对于波束匹配的搜索算法要求也越来越高,已有的文献对于波束搜索算法不再满足实际需求。另外目前研究文献中考虑的天线多为一维均匀天线阵在单路径场景下的波束成形,对于毫米波的多路径情况以及二维均匀面阵天线的波束成形研究较少,本课题为解决这些问题,较为全面的开展了面向毫米波的一维均匀线性天线阵列单路径、多路径下的波束成形研究和二维均匀面阵天线多用户的波束成形研究,提出了复杂度更低、匹配度更高的波束搜索算法。针对以前的一维天线阵多用户路径的搜索只涉及到主路径方案,而毫米波传输具有多路径特性,单独找出一条主路径未免会造成其它路径上面能量的泄露,因此本文提出了一种多路径自适应波束成形的算法,当用户传播路径分散时,自适应波束成形的搜索也会保持较好的性能。针对单用户多路径的场景提出了一种基于最小发射功率目标的自适应波束成形方法,通过要求信息速率满足一定要求下确定各条传播路径对应的发射功率分配向量,进而确定天线的预编码矩阵。针对多用户多路径的问题,考虑到用户间的耦合性,提出了基于牛顿正交匹配追踪的多用户联合波束成形。仿真结果表明该算法在多路径时的总发射功率要求更低,而且保证了最大信息速率接近理想条件下的数值。针对目前二维天线平面阵多用户的波束成形研究工作较少,已有的算法匹配成功率较低,但二维天线阵可以在水平和垂直维度建立通信链路,有更好的实际应用前景,所以提出了二维天线平面阵下的多用户低复杂度的波束搜索算法。针对二维天线阵列在三维空间下的通信,是涉及到水平角和垂直角的问题,所以在空间中提出了主码本和副码本的联合码本设计工作。主码本可以形成一些较宽的波束,副码本可以形成较窄的波束,从而在波束搜索时,从全部的波束中先确定大致范围后再寻找精确的匹配波束对,避免了原有研究只针对部分波束搜索导致准确度不高的缺陷。Matlab仿真表明该算法可以减少耗时,同时提高了波束匹配成功率和频谱效率。