1.一种自适应毫米波波束分层搜索方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1、波束搜索场景假设和多层波束码本建模；

步骤2、波束分层搜索导频信号建模；

步骤3、自适应波束分层任一层，使用广义似然比检验判断接收到的导频信号信噪比是否达到目标值；如达到该目标值或该层波束搜索时间达到预设最大值，则停止该层搜索；反之，则继续该层搜索；

步骤4、分层搜索最后一层之外的任一层，满足步骤3的单层停止搜索条件后，选择下一层待搜索的角度空间；

步骤5、最后一层搜索停止后，选择最终的波束方向。

2.根据权利要求1中所述的自适应毫米波波束分层搜索方法，其特征在于步骤1具体如下：

考虑单个发射端Tx和单个接收端Rx的毫米波通信场景，发射端Tx有Nt个天线、接收端Rx有Nr个天线；在波束搜索过程中，Tx采用能够覆盖Tx端所有方向的一个固定波束发送导频信号，Rx使用预置的K层波束码本进行空间扫描；Rx的第k层码本的波束数量Lk满足：(1)覆盖相同宽度角度区间，(2)联合覆盖整个角度空间，(3)任意两个波束主瓣覆盖的角度区间k

交集为空，Lk＝2，k＝1，...，K；即：其中Ωk(l)表示第k层第l个波束主瓣的覆盖空间，|Ωk(l)|表示覆盖空间的宽度，Ω表示整个角度空间；符号∪表示集合的并集，∩表示集合的交集；

在分层搜索中，且满足k＜K时，Rx从k＝1层开始搜索，其搜索空间为 在第k层搜索结束后，Rx根据波束扫描采集到的信号将第k+1层的搜索范围减半，即因为第k+1层的搜索范围减半并且每个波束的覆盖范围是第k层的一半，因此第k+1层需要搜索的波束数与第k层相等，即Nk+1＝Nk＝2；所以Rx总共需要检索的波束数为2K。

3.根据权利要求1中所述的自适应毫米波波束分层搜索方法，其特征在于步骤2具体如下：

考虑窄带导频信号和块衰落信道模型，则系统的信道矩阵可以表示为 令wt为Tx采用的波束矢量， 和 为Rx在第k层扫描的两个波束矢量，则使用波束矢量后的等效信道表示为： Rx采用快速、多次扫描的方式交替扫描波束矢量 和 将m次扫描对应的导频信号连立表示为 其中nk是Rx每次扫描单个波束所用的符号周期数，且PT是Tx的发射功率；则Rx接采集到的导频符号表示为：2

这里 是均值为0、方差为σ的加性复高斯噪声；经过匹配滤波的导频信号表示为：

其中m表示扫描迭代次数。

4.根据权利要求3中所述的自适应毫米波波束分层搜索方法，其特征在于步骤3具体如下：

采用广义似然比检验方法来判断任一匹配滤波信号 的信噪比是否达到目标值β；广义似然比检验公式可以写成：为接收信号的匹配滤波输出设定一个信噪比目标值β，以及一个似然比门限值γ；

在迭代中，Rx在每次迭代中采集 并根据公式(5)更新匹配滤波信号并计算检验统计量 当 时，终止第k层的扫描；反之，则继续第k层的扫描；

信道强度较弱会导致触发 需要的时间大于系统分配给波束搜索的总时间上限；为了保证波束搜索能给进行到最后一层，算法为每层搜索设置了最大的导频符号数 当 时，停止第k层的波束搜索；因此，第k层波束搜索的终止条件表述成：

或

此外当k较小时，波束宽度较大，波束成形增益较低，其对应的等效信道强度也较小，需要的扫描时间较长，因此设定：其中 为总的搜索时间限制。

5.根据权利要求4中所述的自适应毫米波波束分层搜索方法，其特征在于步骤4具体如下：

毫米波单径信道近似写成 其中α表示未知的路径增益，和 分别表示在用户设备处和基站处的天线方向矢量，φ＝sin(φ′)∈[‑1，+1]， 和φ′分别表示在信道相对于接收端和发送端的角度；若发射端和接收端均采用半波长天线间距的均匀线阵，则有效信道强度表示为：

H 2

其中GA(φ)＝|v (φ)wTx|表示Tx波束赋形增益， 表示Rx波束赋形增益；

令 为两个中间参数，经过匹配滤波的接收信号写成：

2

其中 是均值为0，方差为σ加性复高斯噪声；为了推导出未知的路径方向 可以通过最大似然检测的方法，其似然函数可以写成：令 则最大化似然函数等价于最小化对上述 准导得到，对于任意 当 时， 可以取得最小化的值；其中：其中 表示 的共轭；接下来的工作就是找到一个 值使得 取得最小值；本发明把每层的搜索角度区间划分为了三个待搜索区间，并且把三个待搜索区间中间的角度值作为 的待选值，即其中 分别表示 主瓣

中心方向的 角度 ， 表示 交界处的 角度 ；在最小化 所对应的 值，即

为k+1层波束搜索的角度区间的中间角度值；当 时，选取的覆盖范围 作为下一层波束搜索的搜索区间；当 时，选取的覆盖范围 作为下一层波束搜索的搜索区间；当 时，选取以 为中心，和 相同宽度的角度区间作为下一阶段的波束搜索区间，这等价于把 移动半个覆盖范围宽度；第k+1波束搜索方案用公式可以表示为：

6.根据权利要求1中所述的自适应毫米波波束分层搜索方法，其特征在于步骤5具体如下：

在波束搜索结束，判断出信道方向处于最后一层码本两个波束交界处时，旋转波束使波束主瓣方向指向该交界方向；旋转波束具体方法如下：其中 是第K层码本中的任一码字矢量，⊙表示哈达玛积， 表示 和 主瓣方向之间的角度差；当 时，即选择的波束方向为 的主瓣方向，则