无线网络技术的快速发展,促使更多新型业务涌出,这些新型业务又对无线网络的时延、吞吐量等方面提出了更高的要求。第五代移动通信系统（5G）以增强移动宽带、高可靠低时延、大规模机器通信为典型应用场景,而毫米波通信是5G关键使能技术之一,业内已有许多机构进行相关技术的研究与原型验证。本文主要对超高速毫米波MIMO传输技术进行研究,参考802.11aj和5G新空口（New Radio,NR）物理层标准,基于现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array,FPGA）,搭建毫米波2×2MIMO原型机,并传输Gbps超高清视频。本文的主要内容如下:首先,提出一种抑制毫米波通信系统中波束漂移效应的自适应波束宽度调制算法。该算法将自适应波束宽度调制问题建模为基于上下文的在线优化随机选择问题,其中每个选项对应不同的波束宽度（通过多分辨率码书实现）。在每个时间单元初始步,构造通信环境上下文并通过神经网络以获得所需要的非线性特征,再通过Bayes线性决策模型确定最优数据传输波束宽度。自适应波束宽度调制算法能够感知环境变化的速率,并自适应地调整数据传输波束的宽度,保证在整个通信过程中均能获得较高的通信链路质量。其次,调研毫米波无线通信的物理层标准,主要介绍无线局域网802.11aj协议和5G NR物理层参数、帧结构、基带处理流程等,对软硬件平台的特点与资源进行详细介绍,给出相控阵天线高速控制方案,并基于这套软硬件平台,设计毫米波2×2MIMO原型机架构。接着,设计毫米波MIMO原型机基带处理流程,给出相应模块的解决方案,并重点介绍部分关键模块的具体实现。考虑到毫米波系统高采样率和粗同步效果不佳,设计基于短训练字段的精同步方案,达到符号级别同步性能;考虑MIMO系统中循环移位问题,设计内存的乒乓操作,实现任意程度的循环移位;为了降低原型机的误比特率和支持更高阶调制,设计并实现Gbps速率的信道编译码模块,最高可支持6.4Gbps处理速率;考虑FPGA流处理特性,将基带速率匹配问题转化为数据填充和有效数据的边界判断问题,以规定的标识符区分上层业务数据和填充数据,给出编码转义的步骤和硬件实现。然后,针对毫米波MIMO原型机中FPGA之间通信的难点,包括高速数据传输和高精度同步,设计相应的解决方案。针对超高速毫米波2×2MIMO原型机接口速率瓶颈,实现基于Aurora协议的高速Serdes通道,每个通道最高可支持11Gbps的净荷速率;针对FPGA之间时序同步问题,设计主从触发同步方案,保证在高速率时钟下两片PFGA基带处理时序同步。最后,基于毫米波2×2MIMO原型机,传输超高清视频业务。设计服务器推流和光纤通信方案,并在FPGA中实现以太网协议栈,最高可支持10Gbps业务数据传输。针对Gbps级别速率下FPGA自带的数据缓存溢出问题,将超大容量的动态随机存储器封装成队列结构,用于接收视频数据。针对视频传输时RTP包边界破坏问题,设计视频数据封装与过滤的边界保护机制。380Mbps直播流和1.5Gbps文件流的清晰播放,验证了毫米波2×2MIMO系统高带宽和低时延特性。