为了应对WiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access, WiMAX)等新兴宽带接入技术的挑战,满足新型业务的需求,3GPP(3rd Generation Partnership Project)在2004年底启动了3G(3rd Generation)长期演进(Long Term Evolution, LTE)技术的标准化工作。LTE旨在提高数据传输速率,降低系统时延,增大系统容量等。本文对LTE物理层下行链路关键技术进行了研究。首先,本文介绍了LTE的立项背景和主要演进目标,并分析了LTE发展过程中提出的六种物理层基本传输方案。其次,本文结合LTE的帧结构阐述了LTE独特的基于物理资源块的时频资源分配方式,并通过计算机仿真验证了LTE物理层下行参考信号图案的合理性。LTE下行采用正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM)技术作为其基本传输方案,这就决定了LTE在资源映射和导频结构上与基于码分多址(Code Division Multiple Access, CDMA)的3G系统有着本质的区别。在资源映射方面,LTE下行将用户的数据分割成物理资源块,然后依赖高效的调度机制将来自多个用户的物理资源块数据复用在一个共享信道中。在导频结构方面,LTE没有像CDMA那样使用前导信号来帮助完成信道估计,而是将一些特定的参考信号(Reference Signal, RS)插入到物理资源块内进行传输。之后,本文分析了LTE下行采用的几种空间分集技术和线性预编码技术,并通过计算机仿真验证了这些技术对比特误码率(Bit Error Rate, BER)性能的改善。空间分集技术能够利用多输入多输出(Multiple Input Multiple Output, MIMO)信道提供的分集增益,改善BER性能。LTE下行2根发射天线时采用空频分组码作为其发射分集方案,此方案能够获得良好的分集增益。为了不降低频谱利用率,LTE下行发射天线为4时,采用空频分组码与频率切换分集相结合的发射分集方案,结合信道编码此方案相比空频分组码能够获得进一步的BER性能改善。与空间分集技术相比较,复用技术能够利用MIMO信道的空间复用增益,提高了信道容量。LTE下行链路支持线性预编码这一闭环空间复用技术,线性预编码技术能够在获得空间复用增益的同时改善BER性能。最后,针对LTE传输频率较高带来的室内覆盖难点,本文提出在LTE中使用Femtocell技术。分析表明在LTE中使用Femtocell技术能够解决LTE室内覆盖难题、增加系统容量等。与此同时,在LTE中使用Femtocell技术也面临一些技术挑战,包括射频干扰、频谱分配以及时间同步等。分析表明LTE Femtocell需要新的同步技术方案。精确时间同步协议是一种非常适合的同步方案,本文在阐述精确时间同步协议的基础上对该协议在LTE Femtocell系统中的应用进行了分析。然后,针对Femtocell的应用场景,本文提出了一种协同分布式结构下的波束形成技术。分析了基于聚焦信号的分布式多天线通信方法及系统下的波束形成技术。通过仿真,得出单波束图,聚焦示意图及单波束与波束聚焦等场强比较图。