随着通信技术和工业应用的发展,当代生活对于通信的大容量和高速率的需求越来越突出。毫米波频段具有丰富的频谱资源,可以满足未来通信中多媒体和物联网等对于带宽和连接数量的要求,因而被视为是第五代移动通信技术中非常重要的物理层技术。但由于毫米波信道具有较强的衰落,需要借助波束成形的结构才能展现出大带宽的优势。虽然混合波束成形系统相比于现有的全数字波束成形系统已经减少了系统的复杂度,但其依然需要射频链路、毫米波频段的移相器网络等昂贵的器件。随着技术的发展,高数据率和大规模连接的需求越来越迫切,比如为大量摄像机提供连接。低复杂度、低成本的毫米波通信系统依然是毫米波系统应用中受到广泛关注的问题。本文以低复杂度的毫米波波束成形系统为研究内容,以实现低复杂度、低成本的毫米波波束成形系统为研究切入点,提出了无线波束调制（Wireless Beam Modulation,WBM）系统和多节点的WBM系统。所提出的毫米波通信系统具有结构简单、功耗低的特点,可以应用在一些低成本且高带宽需求的场景中。另外本文针对多节点接入的情况,提出了基于Grant-free和Grant-based混合接入协议,可以满足低时延和鲁棒性的要求。为了保证在多节点接入情况下,确保数据可以进行正确的解码,本文提出了迭代导频消除的算法,可以更好对节点接入所使用的导频以及接收数据到达的延时进行估计。相比于传统的低复杂度波束形成系统,本文提出的WBM系统具有以下的创新点:1)WBM系统的特点是通过波束在无线信道传播中衰减的差异来传输比特信息,而不是由原始信号束携带。在保持毫米波频率的高数据传输能力的同时,这一变化为物联网节点带来了高能效和低成本毫米波硬软件实现的优势。它不用部署移相器阵列也不需要复杂的信号处理,如预编码,甚至是信道估计。2)WBM的基本思想是基于最近提出的空口调制（Over The Air Modulation,OTAM）方法,但有几个显著的改进。通过在中心接入点形成多个波束,WBM能够通过空间分割多路复用实现多用户访问,这与OTAM相比显著提高了频谱效率。此外,通过在物联网节点和中心接入点之间对齐多条波束,WBM提供了鲁棒的传输会话。3)WBM的信道估计主要通过导频检测和波束能量估计来实现。提出了一种迭代导频抵消波束估计方法,利用其能量估计发射导频信号。首先利用相关特性来确定发射的导频信号和延迟。然后,我们利用贝叶斯高斯-马尔科夫定理估计导频能量。此外,迭代地减去能量最大的导频信号,以减少对剩余导频信号的干扰,提高波束估计的鲁棒性。综上,本文提出的WBM系统不仅具备极低的硬件成本和能量消耗,还可以支持多节点的接入和通信。该系统架构可以应用在有低复杂度通信需求的场景,不用部署移相器阵列和复杂的信号处理,如预编码,甚至是信道估计。通过空间分割的思想,更有效的提高了频谱效率。另外,设计了一种基于迭代导频抵消的波束估计算法,可以用来减少来自其他节点的干扰,保持一定的通信性能优势。