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随着移动通信技术的飞速发展,移动用户对无线传输速率以及通信服务体验不断提出更高要求。为了应对未来爆炸性移动数据流量要求,第五代移动通信技术运应而生。而作为第五代移动通信系统中核心技术之一的大规模MIMO在学术界一直得到广泛关注和研究,其能显著提高移动传输速率以及频谱效率。然而小区间的导频复用会形成导频污染,导频污染成为大规模MIMO系统性能提升的瓶颈。MIMO系统的频谱效率一直是学术界的研究重点,在大规模MIMO中也不例外。本文研究课题之一便是考虑导频污染以及天线间相关性的条件下,系统的频谱效率。此外,本文研究的另外一个课题则是大规模MIMO在考虑导频污染以及多小区干扰情形下的分集复用折中性能。本文首先介绍了论文的研究背景,阐述了MIMO技术的发展历程,以及本文所要研究的核心内容及相关的研究现状。移动传播环境是分析移动通信问题的基础,本文在充分考虑大规模MIMO中的信道特点的基础上,建立了本文所采用的大规模MIMO蜂窝系统模型。随后研究了基于该蜂窝系统模型的条件下,确定性信道下即不存在导频污染情况下的信道容量以及单小区确定性信道的分集复用折中问题。导频污染已经成为大规模MIMO系统性能提升的限制性因素。本文首先采用这样的导频复用策略,相同小区内使用互相正交的导频信号,不同小区之间采用相同的导频序列,由此引入导频污染。紧接着通过MMSE估计方法来获取信道状态信息并求得了系统等效模型。在这个等效模型基础上,得到了MRC接收机的瞬时容量。随后本文分别讨论了大规模MIMO相关和非相关信道中前述瞬时容量的渐近值及其下界。最后对推导的理论结果进行了仿真和分析。仿真结果显示天线间的相关性使得系统容量大幅下降,但无论是相关信道还是非相关信道,本文所推导的大规模MIMO的容量渐近值及其下界都十分精确。最后本文对大规模MIMO系统的分集与复用的折中增益进行了研究。使用相同的导频复用策略引进导频污染,并使用MMSE估计方法获取信道状态信息值并求解了MMSE接收机下用户的和速率。在此和速率的基础上进一步分别推导和分析了高信噪比及有限信噪比条件下系统的分集复用折中性能。最后对相关理论结论进行了仿真和分析。结论显示,由于多小区干扰以及导频污染,使得高信噪比条件下系统的折中增益为零。相反,在有限信噪比区域该增益不为零。