第五代移动通信系统(5G,5th Generation Mobile Communication)需要满足巨容量、巨连接、超低时延,高速移动等技术要求,提升频谱效率与功率效率已经成为核心问题。大规模多输入多输出(MIMO,Multi-Input-Multi-Output)技术通过在基站侧配置大规模天线阵列,可以充分挖掘空间资源,显著提升通信系统容量与传输速率,但是存在复杂度高、导频开销过大的问题。波束分多址(BDMA,Beam Division Multiple Access)传输方法利用波束域信道的稀疏性将多用户大规模MIMO链路分解为多个单用户的MIMO链路,每个用户在互不重叠的波束上与基站进行通信,从而降低了系统复杂度和导频开销。本文主要研究大规模MIMO宽带系统中用户数据的BDMA传输方法和公共信号的全向传输方法,并在大规模MIMO原型验证平台上完成相应算法的FPGA(Field Programmable Gate Array)实现与验证。首先,针对大规模MIMO宽带系统的场景,对信号传输的信道模型和波束分多址的传输方法进行了研究。通过分析大规模MIMO宽带系统的无线信道时域信号的传输模型得出了空间宽带效应的影响因素,然后根据OFDM(Orthogonal Frequency Division Miltiple)符号传输的信道频率响应,得到了新的基站侧天线的舵矢量。再给出经典场景下的波束域信道的定义和实现波束分多址传输方法的四个步骤,并扩展到大规模MIMO宽带系统中,给出了宽带场景下的波束域信道变换矩阵。针对新的波束成形矩阵带来的系统波束域信道变换运算量增加的问题,给出了基于Chirp-Z变换的波束成形算法,大大的降低了运算量。接着,针对以下行同步信号为代表的公共信号的传输,给出了基于预编码的大规模MIMO公共信号全向传输的方法以及系统时频同步的算法。对于全向预编码的设计,本文首先将高维发射信号矢量分解为预编码矩阵和低维信号矢量乘积的形式以缓解大规模MIMO信道估计中存在的导频开销过大的问题,然后从传输的全向性和天线功率相等两个要求出发,得到了全向预编码矩阵需要满足的两个设计准则,然后利用ZC(Zadoff-Chu)序列,给出了均匀线阵场景下的全向预编码矩阵的设计方案。以此为基础,给出了下行同步信号的传输方案和对应的时频同步算法,并给出了性能仿真。然后,基于波束分多址传输方法和全向预编码的研究,完成了大规模MIMO原型验证平台基站侧波束成形器和全向预编码的架构设计及FPGA实现。首先介绍了整体硬件平台架构,给出了基站侧原型验证系统及其三个子系统的设计方案,然后根据相应的设计流程,重点给出了处理大规模并行数据的OFDM调制解调模块和波束成形器模块的电路设计和接口设计,并利用Verilog语言编写代码,最后在赛灵思公司的Kintex-7和Virtex-7系列FPGA上完成了实现,并给出了硬件资源消耗情况。最后,本文给出了大规模MIMO 5G原型验证平台终端侧的设计方案,完成了下行同步算法的实现。首先给出了其顶层模块以及各个子模块输入输出的定点化设计,比较了定点和浮点算法的性能。而后根据下行时频同步算法的流程,完成了各个模块的电路设计、接口设计和时序设计,并用Verilog语言完成代码编写,在Kintex-7系列FPGA上进行了实现。