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为了保证在未来十年甚至更长时间内的竞争力,3GPP组织展开了演进的UTRA/UTRAN项目研究工作,即LTE项目。LTE项目的目的是致力于开发满足“更高数据速率”、“更远覆盖范围”、“更小时延”及“更少运营费用”的通信系统。同时,鉴于MIMO技术可以突破无线系统的容量“瓶颈”和提高通信可靠性,因此,LTE项目将MIMO技术作为其核心技术之一。本文在理解MIMO通信理论和LTE协议的基础上,深入地研究LTE系统下行链路的MIMO设计算法及实现流程,包括空间复用和空间分集等,并依托链路仿真和系统仿真平台对算法的性能进行评估和分析。本文主要完成的工作有以下几个方面：(1)研究LTE系统空间分集、空间复用的基本原理。结合OFDM的优点,建立MIMO-OFDM物理层链路模型,为后文展开MIMO的研究提供理论基础。(2)基于LTE物理层中MIMO技术的众多解决方案,本文将对其性能进行理论分析和仿真对比,研究适用于LTE的最佳空间分集和空间复用方案。同时,对最佳方案进行性能评估,判断其是否满足LTE项目的需求指标。(3)针对中高速移动场景具有严重的多普勒效应,信道状态信息变化剧烈等特点,本文提出了以“容量最大化”为准则的开环自适应MIMO方案。在该方案中,利用“最小错误概率”为准则预测反馈的信道信息。(4)基于LTE系统下行链路的基本参数,例如：帧结构、调制编码、OFDM参数等,依托LTE系统的链路仿真和系统仿真平台,通过理论分析、仿真等手段对MIMO方案进行误码率、吞吐量及覆盖范围等性能的验证与分析。本文通过仿真表明：(Ⅰ)适用于LTE的最佳空间分集方案为SFBC(2Tx)和SFBC-FSTD(4Tx),在目标误码率下,通过该方案所需的信噪比更低,能够增强抗干扰能力和覆盖范围；(Ⅱ)适用于LTE的最佳空间复用方案为信道预编码方案和基于大时延CDD的预编码方案,该设计方案能够满足LTE所定义的小区频谱效率、用户频谱效率及小区边缘频谱效率等需求指标。(Ⅲ)本文提出的开环自适应MIMO方案可以在中高速移动场景中取得小区吞吐量和覆盖范围的折中；另外该方案可以基于闭环MIMO的结构完成,最大程度避免额外的复杂度开销。