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多天线系统(MIMO)利用传输分集、空间复用等技术充分挖掘维度资源,提高传输效率和通信质量。随着通信技术的发展,4G蜂窝网络中的多用户MIMO并不能对频谱效率和能量效率有数量级的提升,并且为满足通信的大容量、低功耗、低成本要求,未来5G网络提出在基站端布置大量的天线,在相同的时频资源块上服务多个小区用户,增加有用信号的功率,从而增加信干比,能够显著克服信道衰落和噪声的影响,使得基站处理能力得到显著提升。论文首先介绍了 TDD和FDD两种Massive MIMO帧结构,并阐述了 Massive MIMO使用TDD模式原因,然后对Massive MIMO TDD系统模型和导频污染进行介绍,详细分析了系统上行导频传输和信道估计,上行数据传输和MRC检测,下行数据接收过程,并搭建Massive MIMO系统仿真平台,给出仿真流程图分析了传统导频设计的LS估计和MMSE估计性能。然后在Massive MIMO系统框架下介绍了单小区半正交导频设计原理,提出半正交导频修正方案。给出修正后导频的设计原理和帧结构,并对导频设计的上下行传输过程以及性能进行研究,将其与传统导频和半正交导频进行性能对比,给出了导频设计方案仿真流程图,在之前建立的Massive MIMO仿真平台对不同导频设计方案进行性能对比。最后介绍两种多小区协作信道估计方式。第一种为基于Bayes估计的协作式信道估计。首先介绍Bayes估计原理,分析Bayes估计均方误差,到达角和协方差矩阵的影响,然后根据Bayes估计提出一种协作式信道估计策略,将用户分组,找到信道估计均方误差最小的一组用户同时进行信道估计;第二种为基于TCGTR的协作式信道估计,此方法为第二章单小区半正交导频设计的扩展,将其运用于多小区系统,对TCGTR估计过程进行了详细阐述;最后将两种估计方法进行仿真验证,其性皆优于传统信道估计方式。