波束成形是一种基于天线阵列的信号预处理技术,其基本思想是在特定方向上为信号提供阵列响应增益,同时抑制其他方向的信号。波束成形不仅可以增大通信覆盖范围、改善频谱利用率以及增加系统容量,而且拥有很强的抗干扰、抗衰落的能力。波束成形包括下行波束成形与上行波束成形。基于信干噪比(Signal to Interference plus Noise Ratio,SINR)设计的下行波束成形矢量需要联合优化,而基于SINR设计的上行波束成形矢量是可以独立优化的。但由于上行和下行波束成形之间存在着对偶性,这种对偶性使得考虑上行链路优化问题可以有效地解决下行链路优化问题?另外由于在用户接入阶段,各用户向基站发送正交导频序列,基站用来接收导频的波束成形矢量是满足覆盖范围的宽波束矢量;在数据传输阶段,基站是设计好的可以对准不同用户的不同窄波束矢量,但接收机是基于导频符号来估计用于数据解调的信道信息,因此信道估计值与数据所经历的实际信道之间存在偏差,这会导致导频传输信道和数据传输信道相位不匹配,并影响接收机的解调性能。本文在单小区多用户系统下引入了以SINR为约束的上行功率最小化优化问题与以SINR为约束的下行功率最小化优化问题。首先分析了优化问题的可行性,然后分析了上下行链路的弱对偶与强对偶,并利用上下行对偶原理迭代求解目标函数为最大化最小SINR平衡比的优化问题。最后重点分析在单小区多用户系统下相位失配问题对系统性能的影响?为了解决上行导频传输信道与下行数据传输信道的相位失配问题,在信道估计的基础上,在总传输功率约束以及上行导频宽波束方向图与下行数据窄波束方向图相位匹配的约束下,提出来一个以最大化-最小SINR为目标函数的优化问题。由于相位信息提取的难度,提出来一个次优的算法联合优化波束成形矩阵与功率分配矢量。在波束成形的求解中,研究并推导出一个扩展的两层Dinkelbach算法求解各用户的波束成形矢量。求解得到的分配给各用户的波束成形矢量与功率在信道传输主角度上可以匹配上行导频传输信道与下行数据传输信道的相位,且能有效地降低传输的误比特率(Bit Error Rate,BER)。