随着互联网时代的快速发展,高速数据传输业务以及无处不在的通讯需求正呈现出井喷式的增长,用户对快速又安全可靠的无线通讯需求也不断增长。目前所使用的4G网络技术只能带来近似100Mbps的传输速率,百兆级的通讯服务已不能满足未来移动通讯的发展需求。于是,未来的第五代移动通讯技术(5G)研究者们将目光投向了目前仍未被授权的毫米波频段。毫米波通讯的高容量、高传输质量必将在5G中大显身手。虽然毫米波技术有众多的优势,但因其频率升高导致路径损耗的增加也不可避免,而大规模阵列天线技术恰好能够有效的提升频谱效率,弥补毫米波自身存在的一些类似路径损耗大的缺陷。因此本文对毫米波大规模阵列天线中的波束扫描技术进行了研究和分析,并通过理论推导与Matlab仿真相结合的方式,实现了一种可用于毫米波大规模阵列天线的高增益高效率的波束扫描算法。本文具体工作内容如下:(1)分析了毫米波大规模阵列天线的技术背景、海内外研究现状以及信号模型、信道模型、阵列响应矢量、波束响应的基本原理。(2)码本设计及实现方式。分析了 3c码本设计方案、N相位码本设计方案、DFT码本设计方案,通过仿真发现,在相同阵元波束数情况下,DFT码本没有任何增益损失,N相位码本有0.2dB的增益损失,3c码本有1dB的增益损失。(3)论证了阵列天线数目与波束数目的最优关系。通过比较2阵元产生2波束、2阵元产生4波束、4阵元产生4波束、4阵元产生8波束的最大增益损耗,得出波束数目为阵元数目2倍时最优,其最大增益损耗小于1dB。(4)波束扫描优化及实现。分析了穷举扫描算法、两阶段扫描算法、自适应扇区扫描算法、二分扫描算法,并提出波束旋转技术优化穷举扫描算法以及二分扫描算法,解决了其波束交界处增益低的问题,最高将穷举扫描增益从23dB提高到36dB,二分扫描增益从26dBB提高到46dB。(5)波束跟踪方式及实现。提出利用卡尔曼滤波算法以及扩展卡尔曼滤波算法实现波束跟踪,仿真实现了对10公里外用户的跟踪,其平均误差仅有3米左右。