从“感知中国”到“智慧城市”,物联网作为重要技术得到迅速发展并承载越来越多的业务需求。其中M2M(Machine to Machine)技术通过实现直接的机器间通信,成为物联网的基石。为了在现有的移动蜂窝系统中实现M2M通信,LTE-A(Long Term Evolution-Advanced)提出了混合部署模型的概念,应用服务器通过直接和间接的方式获得与M2M终端的上传信息。但是由于如此大量的M2M通信节点的接入,势必对现有蜂窝系统服务的主要终端产生很大影响,主要体现在导频污染的严重恶化上。本文对机器通信场景下基于大规模天线的多址接入技术进行研究,重点讨论通过引入大规模天线阵技术,对蜂窝网中的M2M技术接入方式进行改进。首先,本文分析了当M2M节点等同于H2H(Human to Human)终端接入基站时导频污染恶化的程度,并由此说明基于分簇的M2M方式的必要性。基于一种简单的信道估计,两种抗导频污染的信道估计方法,本文分析表明:大量M2M终端的引入导致的导频污染恶化,严重的影响了信道估计的准确性,从而导致基站吞吐量的下降。对于本文所考虑的三种信道估计方法,分别有2倍的容量下降、15dB左右与4dB的MSE(Mean Squared Error)下降。其次,本文从基于分簇的方式降低M2M通信恶化导频污染的角度进行研究。改进了Massive MIMO(Multiple Input Multiple Output)场景下基于分簇的M2M通信多址接入技术,提升了频率资源使用率。簇头层通过D2D链路互联形成连通图,首先汇总M2M设备的上行数据,再协作式地与基站通信。簇头层是实现多址接入的关键,在改进的SCMA接入方式中,簇头层的Massive MIMO信道将作为正交资源进行稀疏码的编码,与传统SCMA方式中将频率作为正交资源的方式相比,提升了上行链路的资源使用率。在改进的SCMA方式中,簇头层的上行吞吐量下降与分配码字元素的功耗是资源使用率提升的代价。本文首先通过最优化方法得到簇头间链路数与链路总功耗之积最小的连通图,再基于连通图设计了码本分配算法。该算法能以远小于暴力算法时间复杂度的情况下逼近最优的功耗代价。最后,本文基于多长度导频机制设计了时序方案与基站波束赋形,用于降低多长度导频带来的数据-导频干扰,进而提升簇头层吞吐量,提升其容纳更多M2M终端的可能性。首先分析了簇头层在各自导频污染环境下导频最优长度的分布,并指出多长度导频提升基站吞吐量的目标受到了数据-导频干扰的阻碍。为了降低该干扰对系统的影响,本文分析多小区环境下各个时间阶段干扰的来源,利用Massive MIMO系统中信道近似正交的特性与下行波束赋形设计并验证了两种时序方案用于降低干扰,进而提升了簇头层吞吐量。