MIMO是实现LTE和LTE-Advanced性能目标的物理层关键技术之一。有三种基本的MIMO技术：空间分集、空间复用和波束成形。本文主要研究基于预编码的空间复用和基于预编码的波束成形。由于产业界已将波束成形从单流传输扩展到多流传输，加之基于预编码的空间复用与基于预编码的波束成形从理论上看并无本质差别，故本文把基于预编码的空间复用和基于预编码的波束成形统称为波束成形。波束成形在提升无线信号传输质量和速率，扩大无线信号覆盖范围等方面有着极大作用。然而，波束成形的性能严重地依赖于基站是否能获得准确的发送端信道状态信息（CSIT）。在时分双工（TDD）LTE系统中，基站通过用户周期性发送的Sounding信号（即探测信号）来估计CSIT，但是CSI延时和信道估计误差会引起CSIT不准确，从而降低系统性能。本文首先分析了TDDLTE波束成形系统在存在CSI延时和信道估计误差时的误比特率（BER）性能；然后分别从时域和频域优化LTE Sounding机制，以便最小化CSI延时和信道估计误差对TDD LTE波束成形系统的影响。本文主要贡献如下：1)分析了CSI延时和信道估计误差对时分单用户MIMO（SU-MIMO）和多用户MIMO（MU-MIMO）波束成形系统的影响，获得了系统BER与CSI延时和信道估计误差之间的表达式。获得的BER表达式为人们优化SU-MIMO和MU-MIMO波束成形系统的性能提供了线索，并对实际通信系统中自适应调制编码方案设计具有指导作用。通过仿真本文发现一个非常重要的现象：CSI延时影响波束成形系统的分集增益，信道估计误差影响波束成形系统的阵列增益。2)提出了最小化CSI延时影响的Sounding时域优化方案-----动态时域间隔优化方案。针对当前LTE Sounding方案不能自适应信道环境变化的缺点，本文提出了能自适应信道环境变化的Sounding时域优化方案。给定归一化的上行Sounding开销比，本文获得了具有简洁闭式解的最优Sounding时域间隔，此最优Sounding时域间隔是用户多普勒频移（等效于用户移动速度）和上行Sounding信噪比的函数。在本文提出的动态时域间隔优化方案中，最优Sounding时域间隔随着用户移动速度和上行Sounding信噪比的变化而自适应变化，因此，本文提出的Sounding时域优化方案对信道环境变化具有自适应性和鲁棒性。另外，由于最优Sounding时域间隔具有闭式解，且用户移动速度和上行Sounding信噪比均可以通过测量得到，因此，本优化方案可在实际通信系统中实现。此外，3GPPRelease10虽然引入了非周期性Sounding方案，Sounding时域间隔可调，但并没有给出调整Sounding时域间隔的公式或方法，而本文推导出的最优Sounding时域间隔公式恰好可用来计算最优Sounding时域间隔，为3GPP Release10系统准确地调整Sounding时域间隔提供了理论依据。3)针对SU-MIMO系统，提出了改善信道估计误差影响的Sounding频域方案----频率选择性Sounding方案（FS-SRS方案）。在当前LTE Sounding方案中，不同用户的Sounding信号在衰落信道条件下会彼此干扰，这会严重降低CSIT的估计精度，从而影响波束成形系统的性能。为此，本文提出了能消除和抑制SU-MIMO系统中不同用户间Sounding干扰的FS-SRS方案。FS-SRS方案不但能获得更高的CSIT估计精度，而且具有能自适应层二资源调度策略变化，对频率选择性信道具有鲁棒性，在实际系统中几乎不受时偏影响，以及降低Sounding负荷和提高Sounding容量等一系列优点。4)针对MU-MIMO系统，在FS-SRS方案的基础上，提出了扩展频率选择性Sounding方案（extended-FS-SRS方案）。与FS-SRS方案相比，extended-FS-SRS方案能让更多的用户在同一个传输时间间隔（TTI）内接入，这对LTE-Advanced中的下行增强型MIMO、协作多点（CoMP）等技术特别有价值，因为这些技术需要在一个TTI内接入更多的用户。特别地，本文提出的FS-SRS方案及其扩展方案为LTE-Advanced系统中增强型Sounding方案的设计提供了借鉴作用。