21世纪是流量大爆发的时代,如今的通信速率和传输带宽已经难以满足人们日益增长的需求,面对新的挑战,5G应运而生。5G的梦想是让整个世界在信息传输上互通有无,实现人与人之间、人与机器之间、机器与机器之间在世界上任何地方,任何时间都能快速通信。大规模MIMO技术和毫米波技术是5G的两大关键技术,毫米波技术解决低频资源稀缺问题,提供连续大带宽,大规模MIMO技术通过增加输入输出天线大大提高通信系统频谱效率,同时5G引入了增强移动带宽场景、大规模机器类型通信、超高可靠和低延迟通信三大应用场景。本文主要研究面向3GPP 5G标准化的大规模MIMO技术方案,设计并实现了系统级仿真平台,对波束赋形方案、信道建模方案以及功率控制算法在多种仿真假设下进行系统性能评估,得出相关结论。本文的主要贡献和创新点如下所示:1.本课题研究分析了大规模天线阵列下的3D MIMO模型以及毫米波信道特点,对大规模MIMO信道进行分析建模,设计信道建模方案时提出了基于空间换时间思想和惰性求值思想的两种算法方案,通过对比分析,基于惰性求值思想的算法方案在不增加计算复杂度的情况下可以大大降低计算的内存损耗。此外,与3GPP其它组织成员一起参与了 5G NR校准的前两阶段工作,仿真评估系统参数对性能的影响。信道构建过程中,对3GPP提到的两种信道模型ModelA和ModelB进行仿真验证,仿真结果表明载波频率在低频条件下两种信道模型的性能基本一致。2.本课题在面向3GPP 5G标准化的大规模天线技术解决方案中,基于常见的波束扫描方案,提出了改进的混合波束赋形算法,改进方案区别于一级码本波束扫描方案,利用宽波束粗略扫描,窄波束搜索建立两级码本,宽波束粗略扫描可以降低时间复杂度,增大窄波束搜索分别率可以提高波束的精确程度来提高系统增益。此外,通过仿真平台评估该方案在不同用户数目、不同负载下的小区用户速率、吞吐量及频谱效率等性能,同时针对大规模MIMO下的5G应用场景分析了基站站间距、频点、天线波束形状以及通道数目等因素的影响,通过仿真结果给出合理的参考意见。3.论文研究分析了大规模MIMO下的上行功率控制算法,传统方案主要考虑了路径损耗的影响,本文基于传统方案提出了一种基于耦合路径损耗的改进算法,利用信道互易性的特点,考虑大尺度因素、小尺度因素及天线增益等多种影响计算来计算上行发送功率。通过方案对比,验证了改进方案的优势,同时设计合理的资源调度分配方案评估大规模MIMO下的应用场景,仿真结果表明功率控制参数对仿真测试场景的SINR分布具有显着影响,合理的功率控制参数组合能够提供平衡的小区边缘性能和平均性能。