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本发明公开了一种自适应毫米波波束分层搜索方法。本发明步骤:1、波束搜索场景假设和多层波束码本建模;2、波束分层搜索导频信号建模;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;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;5、最后一层搜索停止后,选择最终的波束方向。本发明能够在路径损耗和SNR未知的情况下,自动调整波束搜索的时间来保证波束搜索准确性:在低SNR下自动延长搜索时间保证搜索精度、在高SNR下降低搜索时间减小系统开销。