在当前5G全面商用的背景下,毫米波频段由于带宽大、波束窄作为5G系统中关键性频段受到研究者的广泛关注,大规模天线传输、多址接入、更为密集的组网方式等一系列适用于毫米波通信的技术应运而生,有效提高无线资源的利用效率。毫米波指向性强等特点在大规模天线波束赋形技术中被充分使用以改善接收信号质量且使得通信系统中的用户间干扰减小,实现更大的通信系统容量和更高的频谱利用效率,弥补非理想传播环境下毫米波的高路径损耗。在低频段使用全数字波束赋形系统可以获得最优系统性能,而在具有大规模天线阵列的高频通信系统中由于硬件复杂度、能耗和成本等限制,研究者大多基于混合波束赋形架构对发送信号进行处理。已有实验结果证明sub-6GHz频段与毫米波频段具有空间高度相关性,部分研究者利用这一性质在高低频融合组网系统中使用低频信息辅助波束赋形,极大减小了毫米波训练开销。本文首先分析几种常用波束赋形架构,技术原理和适用条件及优劣,并对毫米波相关信道及接收信号建模。然后对基于低频辅助和仅使用毫米波带内信息的波束选择算法进行性能对比与软件仿真研究,结果表明,基于带外信息辅助的波束选择算法与穷举搜索相比可以减小数倍训练开销,且在相同条件下性能优于带内波束选择。接下来对几种SVD波束赋形硬件算法进行研究与对比,优化后的波束赋形算法更适用于硬件实现且在算法复杂程度和对算法硬件实现后的片上消耗等方面都显著降低。本文针对16发8收MIMO通信系统波束赋形模块软件仿真与硬件实现,比较了数字波束赋形与混合波束赋形方案性能差异,设计五路并行波束赋形硬件框架,进行功能验证与FPGA硬件测试,优化后的波束赋形模块兼顾处理性能和资源消耗的折衷,满足系统性能需求。对4发4收MIMO通信系统进行整体软件误码率仿真,在基于节约资源前提下开发出串行波束赋形硬件模块及相应接收端测试系统,完成硬件测试。