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多输入多输出(MIMO)技术现在已经成为了很多先进通信系统中必不可少的一部分,而大规模MIMO是5G中最具发展潜力的核心技术之一。在提升覆盖和吞吐量方面中继技术也已经得到了广泛地应用,尤其是在小区边缘。大规模MIMO与协作中继的结合将成为未来蜂窝网络发展的重要候选技术。因此本文着重研究基于大规模MIMO的多对中继系统。本文首先考虑了一个多对放大转发(AF)中继信道,并且中继端使用最大比合并/最大比传输(MRC/MRT),迫零(ZF)和正交方案去处理信号。本文研究了MRC/MRT,ZF和正交方案在三种不同的能量缩减下的渐近可达速率,并且分析了在不同中继天线数和发送能量条件下的系统可达速率和误码率。仿真结果表明三种不同能量缩减下的和速率(误码率)随着天线数的增加先增加(减小)后趋近于一定值;这个定值即为渐近可达速率;MRC/MRT和ZF处理过程的渐近可达速率主要受到大尺度衰落的影响。本文之后考虑了一个多对全双工中继系统,并且假定中继端使用MRC/MRT或ZF去处理信号。本文研究了使用MRC/MRT处理方式的精确闭合可达速率表达式和使用ZF处理方式的近似可达速率表达式。这些闭合表达式可以确定在什么情况下,全双工模式的性能可以超过半双工模式的性能。本文在不同中继天线数,发送能量和回环干扰强度的条件下对系统的性能进行分析。仿真结果表明在维持给定服务质量的条件下,通过增加中继端发送/接收天线可以减少每个源节点和中继端的能量;在回环干扰强度较低时,全双工模式的频谱效率高于半双工模式的频谱效率。然而当回环干扰强度较大时,回环干扰将极大地影响系统性能,因此半双工模式的频谱效率高于全双工模式的频谱效率;在中继端使用大规模天线阵列可以有效地减小回环干扰的影响;在三种不同能量缩减的条件下,随着中继端天线数的增加,MRC/MRT和ZF处理方式的误码率将趋近于一个定值;通过在中继端配置大量的天线,可以在不降低误码率的条件下显著节约能量。