在未来移动通信网络中,随着终端数据流量的不断增长以及移动用户数量的不断增加,需要在现有的LTE网络中引入新的技术来满足用户的体验。在LTE-A技术后续演进中,有源天线作为一种可以有效进行频率复用并提高系统容量的技术得到重视。有源天线在垂直面引入了一个波束,通过调整有源天线波束的下倾角和波束方位角,可以更好地进行小区的覆盖,提高小区的容量。本文对基于有源天线的LTE系统的波束优化进行了研究,建立波束优化模型,并提出波束优化算法。本文在LTE垂直扇区化模型的前提下,将有源天线单阵元辐射模型应用到LTE异构网络场景中,提出一种基于有源天线3D波束模型的LTE异构网络的干扰协调方案。本文将小区从里到外分为3个区域进行干扰协调处理,最里面的区域和最外面的区域分别由天线内波束和外波束分别覆盖,中间环状区域由2个波束同时进行联合传输,这样避免干扰。针对异构网络中的femtocell,本文提出femtocell分簇算法进行小区中femtocell的频谱资源复用,提升了femtocell用户的总吞吐量。针对宏用户总的吞吐量,建立优化模型,提出相关的3D波束算法进行求解,包括资源分配和内外波束的下倾角调整,提升宏用户的吞吐量和系统的整体性能。针对用户级的有源天线阵列波束,本文提出有源天线波束用户的跟踪预测的机制。对小区中每个用户都有一个波束信号为其服务,采用扩展卡尔曼滤波算法进行用户的位置跟踪和预测,基站根据预测到的用户的位置计算出波束对准用户的下倾角和水平方位角,实现波束对用户的有效跟踪。另外,在每次用户位置的采样时刻,实现波束预测对准用户后,建立小区的吞吐量的最优化模型,提出优化的功率分配求解算法,提升了小区的吞吐量。