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随着通信技术的发展和人们对于更好服务质量的通信业务的需求,第五代移动通信（the fifth generation,5G）已经成为全球的研究热点。5G已于2020年正式商用化。其中,大规模多入多出（massive Multiple-Input Multiple-Output,massive MIMO）技术被认为是提高频谱效率的重要手段。在这一大背景下,本文研究了面向5G的massive MIMO物理层的关键技术。首先,本文介绍了大规模MIMO信道建模的技术原理以及基于该建模技术的massive MIMO系统。关于该系统,目前业界主要有连续波束赋形和离散波束赋形两种波束赋形方式。连续波束赋形的massive MIMO系统可以将波束角度打到用户的方向上以获得最高的信道增益,但是存在2个用户相距过近,导致互相干扰的情况。离散波束赋形的massive MIMO系统则是在一系列近乎相互正交的波束中为用户选择最接近的波束,且一个波束只能服务一个用户,剩下的用户只能选择次近的波束或者等待下次传输。仿真结果表明,连续波束赋形的massive MIMO系统的速率高于离散波束赋形。之后,为了进一步提高系统速率,将稀疏码分多址（Sparse Code Multiple Access,SCMA）技术引入到 massive MIMO 系统中。根据SCMA的不同编码层是否在同一个波束内可以区分为波束内编码和波束间编码。考虑到两种波束赋形方式,总共有4种不同类型的massive MIMO-SCMA系统。其中业界主要采用的是波束内编码的连续波束赋形系统和波束间编码的离散波束赋形系统。仿真结果表明,波束内编码系统的系统速率较高。另外,连续波束赋形系统速率高于离散波束赋形系统。最后,为了解决波束内编码的连续波束赋形系统的用户间干扰问题和波束内编码的离散波束赋形系统中同一波束的用户无法同时被服务的问题,提出了混合SCMA编码方案——即在用户间干扰较小时,用户进行独立的SCMA编码,当用户间干扰较大时,则让这些用户进行联合SCMA编码。该方案能为用户提供较高的速率和可靠的数据传输服务。可以认为是将波束内编码和波束间编码2种系统的优点结合起来的系统,仿真结果也表明所提出的系统的用户速率仅次于波束内编码系统,且正确传输的速率是最高的。