未来无线通信的发展面临着更高的速率要求,在频谱资源有限的情况下,需要更高的频谱利用率。MIMO技术能够通过利用空间自由度实现空间分集和空间复用,有效地提高频谱利用率。本文介绍了单用户MIMO和多用户MIMO的系统模型及信道容量,以及空时块码,空时层码,波束成形等技术。波束成形是在多用户MIMO系统中实现空分多址的主要技术。本文重点研究多用户MIMO系统中下行信道的波束成形设计问题。多用户MIMO下行信道中发送波束成形设计问题是一个非凸问题,直接求解复杂度较高。上行-下行对偶性是在多用户MIMO下行信道中进行发送与接收波束成形联合设计的关键技术。这种技术通过构造与下行信道对偶的虚拟上行信道,降低了求解发送波束成形矩阵的复杂度。本文研究了发送天线加权总功率的优化问题,证明了对偶上行信道的接收噪声功率和发送天线功率的权值存在对偶关系。多用户MIMO下行信道的发送与接收波束成形联合设计大多是基于总功率约束的,然而在实际应用中,天线功率独立受到约束,尤其在协作多天线或分布式多天线的应用环境下。本文研究了天线功率独立受约束的情况下MIMO下行信道的波束成形设计问题。利用对偶性关系,提出了通过调整对偶上行噪声控制下行发送天线上的功率分配的方法。文章给出了发送天线功率独立受约束情况下的三种波束成形设计算法：算法A可以在各数据流达到目标SINR性能时使总功率最优；算法B可以在各数据流达到目标SINR性能时平衡各天线上的功率利用率；算法C可以在天线功率满足约束时最大化各数据流达到的SINR性能,使结果收敛到一个次优解。经过仿真验证,三种算法都能有效地解决天线功率独立受限情况下的波束成形设计问题。