如今,多媒体业务占据了无线通信数据流量的很大一部分,比如超高清视频、虚拟现实、增强现实、语音通话等,这都需要较宽的带宽和很高的数据速率才能保证用户的服务体验。未来的通信技术通常都要求每秒上吉比特甚至每秒几十吉比特的通信速率,微波频段(低于6GHz)由于其有限的频谱资源已不再能够满足未来的通信需求,而60GHz毫米波频段拥有非常丰富的频谱资源,通常可以达到7GHz-9GHz的频宽,能够满足日益增长的通信速率和容量需求。然而,毫米波通信同时也面临着许多挑战,例如严重的路径损耗、高氧气吸收和穿透性差等问题,因此主要适用于室内短距离以及LOS视距传输的应用场景。由于毫米波覆盖范围小、信号衰减严重,定向波束赋形技术是毫米波能够得以应用的关键技术,波束赋形能够将信号能量集中在一定的方向上,可以补偿毫米波严重的信道衰减,以及减少干扰。然而定向通信使得通信链路很容易受到信道波动的影响,例如旋转、移动和遮挡都会造成波束失准,导致链路质量下降甚至是中断,因此研究如何提升毫米波通信的鲁棒性是很有必要的。另一方面,毫米波定向传输技术大大降低了不同链路之间的干扰问题,这就使得空间复用技术得以更好的利用,同一空间下不同链路可以同时进行数据传输,能够有效提升系统吞吐量。本文首先对毫米波定向波束传输遇到遮挡问题时的情况进行了研究,针对IEEE802.11ad标准中波束跟踪机制无法有效应对波束遮挡问题的缺陷,提出了一种基于替代链路的波束跟踪方案。该方案提出当链路遇到遮挡而中断时,可以利用备用波束来恢复通信,有效提升了毫米波通信的可靠性和鲁棒性。本文详细介绍了备用波束的选择、建立和维护过程,以及通信波束的切换流程,并进行了数学计算和仿真分析。仿真结果表明本方案相比于原波束跟踪机制不仅能够有效提升毫米波通信系统的鲁棒性性能,而且还进一步提升了网络平均吞吐量。然后,本文对IEEE 802.11ad标准中的空间复用机制和多频段操作机制进行了研究,提出了一种低频辅助高频空间复用方案用于改进原机制对高频传输时间浪费的缺陷。该方案提出利用低频来传输空间复用过程中所需的管理帧和控制帧,一方面是节省了高频时间开销,另一方面使高频专注于数据传输,能够有效提升高频数据传输量,并且低频的辅助能让AP及时知道复用情况以便提早结束复用。本文详细介绍了高低频间信息交互的方式以及本方案的具体流程,并对空间复用时间开销、数据传输量和空间复用增益进行了数学计算和仿真分析。仿真结果表明本方案能够有效节省高频不必要的时间开销,并且提升了高频数据传输量,相比于原机制大幅提升了空间复用增益,使得毫米波通信系统的性能更加高效。