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多输入多输出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)技术与正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplex,OFDM)技术是第三代移动通信系统长期演进(3rd Generation Partnership Project Long Term Evolution,3GPP-LTE)项目的核心技术。其中,波束成形(Beamforming)、传输分集(Transmit Diversity)及空间复用(Spatial Multiplexing, SM)技术是MIMO技术的三种实现方式。应用传输分集技术和波束成形技术能够有效地提高接收信号的信噪比,从而提高数据的传输速率或者信号覆盖范围。已有的MIMO理论研究表明,在发送端获取了信道状态信息(Channel State Information,CSI)的情况下,通过采用发射端的波束成形或预编码,可进一步提升链路质量与系统容量。在3GPP-LTE的时分双工(Time Division Duplex,TDD)系统中,由于上下行信号同频异时隙,基站端根据上下行信道互易性原理通过上行信道估计结果便可获得发端信道信息(Channel state Information at Transmitter,CSIT)。因此在3GPP-LTE系统的TDD模式下应用波束成形技术较频分双工(Frequency Division Duplex,FDD)系统具有优势。在3GPP-LTE标准的宽带MIMO-OFDM系统中,如何估计来波方向(Direction of Arrival,DOA),及如何利用DOA信息设计低复杂度的波束成形算法,是两个关键问题。而在多用户系统中如何协调和消除用户之间的干扰进而增强系统性能是多用户通信的核心问题。因此,本文重点对3GPP-LTE系统TDD模式下的波束成形技术进行了研究,主要内容简述如下:本文首先概述了波束成形技术的研究现状,介绍了全文的研究思路及结构。在第二章中,为后续算法设计与仿真需要,先简述了采用波束成形技术的MIMO-OFDM系统的信号模型,及3GPP-LTE技术规范建议的空间信道模型(Spatial Channel Model,SCM)。随后阐述了目前的两种典型波束成形算法,即基于信道特征矩阵分解的波束成形算法与基于DOA的波束成形方法。在第三章中,针对LTE-TDD系统的单用户波束成形问题,首先讨论了基于信道矩阵分解的EBB(Eigenvalue Based Beamforming)算法以及传统的基于DOA的波束成形技术。然后,以传统的DOA估计算法为基础,提出了一种可适用OFDM系统的DOA估计的算法,其核心思想是对频域信道矩阵进行傅立叶变换得到DOA信息。在此基础上,进一步提出了一种基于频域DOA估计的波束成形技术。在空间信道模型下对所提出的波束成形算法进行了计算机仿真与比较研究。仿真结果表明在波束成形预编码单位为5个资源块的情况下,当误码率为10-3时所提的基于频域DOA估计的波束成形方法可获得较传统的EBB算法0.5dB以上的优势。在第四章中,针对LTE-TDD系统的多用户波束成形问题,提出了一种基于块对角化(Block Diagnalization,BD)算法的BD-EBB (Block Diagonalization Eigenvalue Based Beamforming)算法。并进一步提出了干扰排序算法来降低所提出的BD-EBB算法的复杂度。仿真结果证明,相对于传统的BD算法,BD-EBB算法可以以微小的复杂度提升,换来系统容量的大幅度提升。最后一章为全文的研究内容作简要总结,并指出下一步可能的研究方向。