尽管第四代移动通信系统已经全方面地为人类社会带来了深刻的影响和极大的改善,但人们追求更高性能移动通信系统的脚步从未停止。2012 年,国际电信联盟(International Telecommunication Union,ITU)启动了第五代移动通信系统(The 5th Generation mobile communication system,5G)的标准化工作,并在其2015年发布的建议书中提出了 5G的三大应用场景、八大性能指标以及关键的候选技术。作为移动通信行业的主要标准组织,第三代移动通信伙伴计划(The 3rds Generation Partnership Project,3GPP)承担着 5G 的标准化工作。随着5G新场景和新技术的提出,学术界和标准组织对5G展开了广泛地研究。本文的主要研究对象是5G三大应用场景之一的大规模机器类通信(massive Machine Type Communication,mMTC)场景,该场景主要面向物联网业务,它对网络的接入能力提出了极高的要求。针对该场景,本文的研究目的旨在解决其无线接入网络过载问题。在5G的无线技术方面,业界的关注重点包括大规模多天线技术、全频谱接入技术、新型多址技术、新型多载波技术、先进调制编码技术、全双工技术和超密集组网技术等,这些技术被统称为5G的新空口(New Radio,NR)技术。本文主要对大规模多天线和全频谱接入等技术进行了仿真评估,在验证了这些技术为网络性能带来提升的基础上,提出了一种融合大规模多天线波束赋形效果的解决方案,可以应对大规模机器类通信场景的过载问题。更进一步,本文提出了一种基于QoS的动态资源分配和自适应接入类别阻拦策略的优化方案,该优化方案可以被运用于每一个通过波束区分的虚拟小区中,仿真结果显示该方案可以对三种性能指标进行同时优化。论文的主要工作及创新点如下:1、针对5G新空口的系统共存研究,本文开展了基于3GPP标准化的仿真评估。本文重点研究了 3GPP考虑的两个室外部署场景:Urban macro和Dense urban;仿真假设严格遵循3GPP的讨论结果,对传播模型、天线模型和邻信道共存模型进行了系统建模;仿真方法采用了 3GPP全新提出的系统级仿真流程。仿真结果表明:5G新空口技术中的大规模多天线技术不仅提升了信号强度,而且抑制了旁瓣干扰。本文获得的仿真结果不仅是5G标准化工作的一部分,也为本文后续提出的大规模机器类通信场景过载问题的解决方案提供了技术评估的依据。所取得的成果已作为标准提案输出到了 3GPP国际标准化组织。2、针对大规模机器类通信场景的无线接入网络过载问题,本文提出了一种结合大规模多天线技术的解决方案。无线接入网络过载问题是指海量的物联网设备同时接入网络时,对有限的接入资源带来的冲突问题。所提方案重点关注具有明显集群特征的物联网设备,通过对每一设备分组形成各自的波束方向,能够利用时频码资源外的空间维度。仿真结果证明了所提方案的有效性。3、针对每一个通过波束区分的虚拟小区,本文提出了基于QoS的动态资源分配和自适应接入类别阻拦策略的优化方案。该方案考虑了不同物联网设备的服务质量需求,结合动态资源分配和自适应接入类别阻拦,可以优化提升接入时延、资源利用率和吞吐量等三项性能指标。