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第五代移动通信技术(5G)对频谱效率和用户体验数据速率提出了更高的要求。大规模多输入多输出(Massive Multiple-input Multiple-output,Massive MIMO)是获得高速率传输以及高频谱效率的一项关键技术。近年来,结合了分布式天线技术与虚拟大规模MIMO技术的Cell-Free大规模多输入多输出技术(Cell-Free Massive MIMO,CF Massive MIMO)被提出,这一架构可以获得更高的频谱效率,同时保证用户服务质量的公平性。但与传统MIMO技术相比,这一架构由于其所有天线同时为所有用户提供服务的特性,会带来较高的回程链路负载以及较高的系统复杂度,本文的一个主要研究内容即为降低CF Massive MIMO系统回程链路负载的可扩展架构。此外,由于这一架构没有传统MIMO中小区的概念,该系统下尚无一个完整的业务卸载方案,因此业务卸载方式也是目前Cell-Free大规模多输入多输出系统中需要研究的问题之一。本文首先分析了Cell-Free大规模多输入多输出系统架构的基本原理与关键技术,包括其上下行训练过程及数据传输过程,并对Cell-Free大规模多输入多输出架构与传统小区制的频谱效率进行了分析与对比。在上述理论分析与模型构建的基础上,结合这一系统下以用户为中心(User-Centric,UC)的研究热点,本文接着研究了Cell-Free大规模多输入多输出系统下以用户为中心的可扩展架构,这一架构以降低系统回程链路负载量为优化目标。首先介绍了三种对这一系统的扩展算法:部分本地处理法、全部本地处理法和小小区法。接着提出一种新的,真正以用户为中心的扩展算法,即用户端约束法。相较于已有算法而言,这一算法可以在保证用户频谱效率及用户公平性的基础上较大幅度的降低回程链路的负载量。接下来,本文研究了在用户端约束法基础上的业务卸载算法。相比于传统小区制中业务卸载规则较为明确,Cell-Free大规模多输入多输出系统中尚无较为成熟的业务卸载算法研究。本文依据这一系统架构,结合基于贝叶斯估计的大尺度衰落跟踪,设计了一种业务卸载算法。通过对大尺度衰落的跟踪,可以提前获知下一时刻的信道状态信息,从而为下一时刻业务卸载至对应接入点提供理论依据。理论分析及仿真实验结果表明,这一算法可以有效降低系统内回程链路负载,同时通过大尺度衰落跟踪提前进行业务卸载,可以降低业务卸载的总时延,增大业务卸载量。最后总结全文研究成果,并对Cell-Free大规模多输入多输出系统下业务卸载的一些待解决问题及未来研究方向进行了探讨。