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随着物联网技术的兴起与普及,海量机器类型通信(Machine Type Communications,MTC)终端需要通过网络传输信息。在大规模多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)系统的信道估计过程中,若使用传统的导频分配方式,很难为各终端分配相互正交的导频序列,使得基站无法估计出正确的信道信息,形成导频污染现象。导频污染问题成为制约大规模MIMO信道容量的主要因素。因此,研究有效的导频分配方案显得尤为重要。导频随机接入(Pilot Random Access,PRA)是近年来研究学者提出的导频分配方案之一,可有效缓解导频污染问题。本文重点研究并讨论了过负载场景下,大规模MIMO系统下的导频随机接入方案。为深刻了解导频随机接入过程,本文首先详细介绍长期演进型(Long Term Evolution,LTE)系统下的随机接入机制,并重点介绍基于竞争的随机接入过程。随后,针对M2M通信系统下物理随机接入信道(Physical Random Access Channel,PRACH)过负载问题,简单描述了6种解决方案。最后,详细介绍了两种主要的导频随机接入方案——最强用户冲突解决(Strongest User Collision Resolution,SUCR)方案和基于编码的随机接入(Coded Pilot Access,CPA)方案,并分析了两种方案各自的优劣。为了解决大规模MIMO系统下的导频污染问题,本文提出一种联合SUCR算法和定时提前信息(Timing Advance,TA)信息的导频随机接入方案,即SUCR-TA方案。该方案关键在于为每个导频序列选择了合适的TA值,降低了SUCR方案过程中参与最强用户判决的终端数量,继而提高了系统的冲突解决概率。仿真和理论结果表明,与SUCR方案相比,SUCR-TA方案极大地增加了系统成功接入终端数量。考虑到导频随机接入过程中空导频现象造成的导频资源浪费问题,本文通过在SUCR-TA方案接入过程中使用空导频,提出SUCR-TA-IPA(SUCR-TA-Idle Pilot Access)方案。仿真结果表明,与SUCR-TA方案相比,SUCR-TA-IPA方案可改善导频资源浪费问题,同时也进一步增加了系统成功接入终端数量。此外,本文还将SUCR、SUCR-TA以及SUCR-TA-IPA方案引入多时隙接入系统。文中还对三种方案在多时隙系统的成功接入用户数进行仿真,结果表明SUCR-TA-IPA方案拥有最佳的系统性能。