通过在基站部署大量天线,大规模多输入多输出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)技术已经成为第五代移动通信(the 5th Generation mobile communication,5G)系统的重要保障,可以显著改善信道的传输环境并成倍地提高系统的频谱效率。随着无线通信技术的不断普及,尤其是大规模机器通信(massive Machine Type Communication,mMTC)的发展,通信设备迅速增多,使得有限的正交导频资源变得更为紧缺。当多个用户同时复用相同导频时,导频污染问题随即产生。尽管该问题非大规模MIMO系统所特有,但其对大规模MIMO系统造成的影响却明显更为严重。随着基站天线的不断增多,不同用户间的信道趋于正交,噪声等非相干干扰逐渐消失,导频污染将成为影响大规模MIMO系统性能的主要因素。本文主要对大规模MIMO系统的数据传输和随机接入过程进行了研究,并从导频分配策略的角度提出了一系列用于降低导频污染的可行方案。本文的主要贡献如下:(1)详细介绍了大规模MIMO技术的基本原理与系统模型,并从理论上推导了导频污染的成因及其对系统性能的影响。理论结果表明,在数据传输阶段,当基站天线数趋于无穷时,导频污染将成为制约用户上下行传输可达速率的主要因素;而在随机接入过程中,导频污染可能直接导致用户的随机接入失败。(2)针对数据传输过程中的导频污染问题,提出了一种基于用户位置信息的导频分配策略。该方案根据用户位置在以所在小区基站为极点的极坐标系下的极角大小,对用户进行排序并依次分配导频。所提方案结合了定向天线的特点,能够将用户间的导频污染控制在较低的水平。理论与仿真结果表明,在所提的导频分配策略下,小区间的导频污染得到了有效缓解,用户传输的可达速率有了明显提高,而数据传输的误比特率(Bit Error Rate,BER)也显著下降。(3)针对数据传输过程中的导频污染问题,提出了一种基于用户量变化的导频分组分配策略。该方案能够随用户量变化动态地调整导频的复用情况,实现不同导频复用因子之间的软切换,从而将不同导频复用因子的优势结合起来。所提方案可以在少量用户的情况下降低导频污染,而在大量用户的情况下为更多用户提供服务。仿真结果表明,在不同用户量的情况下,该方案均能明显降低信道的估计误差,并显著提高小区的可达和速率。(4)针对随机接入过程中的导频污染问题,提出了一种基于空闲导频重分配策略的随机接入协议。在该协议中,针对导频用户数已知和未知两种情况,提出了相应的空闲导频重分配策略,以提高空闲导频的利用率。仿真结果表明,所提方案能够有效提高用户的随机接入成功率和随机接入效率。