大规模多输入多输出（MIMO,Multiple Input Multiple Output）是第五代移动通信（5G,5th Generation Mobile Communication）的关键技术之一,通过充分挖掘空间维度能够极大地提升系统的频谱效率。然而,射频通道数的增多以及低成本硬件设备的使用,增大了系统不同射频链路间的不对称性,时分双工（TDD,Time Division Duplex）模式下的MIMO系统的互易性校准面临着严峻挑战。本论文在深入学习理解面向5G的大规模MIMO的技术原理、相关背景以及研究现状的基础上,对低精度模数转换器（ADC,Analog-to-Digital Converter）场景下的MIMO校准算法以及校准状态诊断算法展开研究,基于软件无线电设备及通用服务器的多线程技术完成2×12 MIMO上行链路及通用MIMO校准原型系统的搭建与测试验证,本论文的具体内容安排如下:首先,针对现有大规模MIMO系统天线互易性校准及诊断算法展开调研。在简要介绍大规模MIMO系统模型及预编码技术原理后,阐述系统射频链路失配产生的原因并结合迫零预编码技术分析互易性校准对下行数据传输的影响;通过对比硬件校准和空口校准两种方案,说明空口校准具有成本低、部署灵活的优势。详细介绍主流基于最小二乘的空口校准方案以及基于压缩感知和神经网络的校准状态诊断方案,为论文下一章中算法铺垫。接着,针对低精度ADC场景下大规模MIMO系统,提出了相应的互易性校准与诊断算法。通过对低精度ADC大规模MIMO系统下行用户可达速率的仿真,说明该场景下校准的必要性;将天线按照高低精度分组,结合加性量化噪声模型将校准问题转化为凸优化问题并提出梯度下降校准算法,通过进一步设计高精度天线分组导频,提出复杂度较低的均值校准算法;针对多基站联合预编码的场景,设计参考天线与辅助用户两种方案将多基站校准至同水平;结合压缩感知与基于分组的校准算法,提出低精度ADC场景下的多辅助天线诊断与基站自诊断两种算法,并将后者进一步推广至非相干的场景以适用于天线数极多的场景。仿真结果表明所提出的校准算法与诊断算法性能的优越性。然后,针对2×12 MIMO上行链路原型验证系统的设计与实现展开研究。根据LTE标准设计系统的物理层结构,包括主要参数指标、无线帧结构以及时频资源映射等;在给出系统硬件组成架构的基础上,叙述主要硬件设备的功能及其在本系统中承担的任务,设计完成系统整体的信号处理流程;结合服务器端多线程的关键技术完成系统软件架构设计,对主控制线程、UDP接收线程、上行处理线程、UDP发送线程等进行详细介绍。在完成整个系统搭建的基础上,对本系统的测试场景、实物连接以及演示效果进行描述,空口测试结果验证所设计的系统能够稳定的运行。最后,针对通用的大规模MIMO基站天线校准系统的设计与实现展开研究。参照LTE标准设计系统的物理层,包括系统参数、校准帧结构以及多设备的时钟同步方案;重点介绍系统粗同步与精同步相结合的符号定时同步模块与TDD切换模块的设计思路与代码实现。在完成整个系统搭建的基础上,对基站双向传输的实测数据进行校准与诊断算法的离线验证,并据此分析硬件射频特性,测试结果证实所搭建的系统及相应的校准与诊断算法的可行性,为将来TDD模式大规模MIMO双向传输系统的搭建提供支撑。