在过去的短短十几年中,可以接入互联网的无线设备的数量有了大幅度的增长。目前,无线网络可以连接并管理数十亿台设备。每个使用设备基本都会安装一系列应用程序,如办公软件,微信,视频客户端等等。通常情况下需要连接网络才可满足在线使用的需要,因此需要较高的吞吐量。这样一来,对无线系统的吞吐量需要不断扩增以满足无线设备数量的需求。由于能量消耗问题广泛存在于无线通信系统中,发展绿色通信成为解决这一问题的新途径。因此,未来的无线系统必须满足三个关键要素:(1)具有高吞吐量;(2)可以同时为许多用户提供服务;(3)使用的能效消耗更低。现阶段,大规模多输入多输出技术(MIMO,Multiple Input Multiple Output)可以满足上述要求。该技术的主要优势是可以在小区基站处配备大量并置或分布式天线,满足在相同时域和频域范围内的用户需求。当基站处的天线呈大规模天线阵列时,用户与基站之间的信道矢量接近两两正交,使用线性处理完全可行。又因为其多路复用增益和阵列增益的性能,可以实现巨大的吞吐量并降低系统的能效。此外,还可以通过简单的功率控制方案,实现为所有用户提供统一、优质的服务。关于大规模MIMO系统的研究涉及层面众多,国内外也有许多专家和学者进行了一定的研究工作。因此本文主要就大规模MIMO通信系统的能效问题进行分析和研究。首先,介绍了大规模MIMO系统的传输天线中存在天线硬件损伤的现象。分别就上行链路和下行链路进行建模分析,将硬件损伤带来的影响建模成发送失真噪声和接收失真噪声。将每根天线上硬件损伤带来的影响等效为一个独立的零均值高斯噪声,其方差正比于该天线上的信号功率。然后对硬件损伤下的系统容量进行分析和仿真,验证了硬件损伤对系统的影响是十分明显的,对相关研究提供了一定的参考性。其次,对大规模MIMO系统中上行链路的能效问题进行研究。利用Jensen不等式、Wishart矩阵分布等数学工具,得到了用户在上行链路可达速率的表达式。在获得可达速率的基础上,结合系统功率消耗的模型,确定了系统能效优化模型。由于系统能效模型是分数形式的表达式,因此需要先将其进行转化再求解。在分式转化过程中引入Dinkelbach分式优化理论和拉格朗日函数,求得系统能效的最优解,并得到最优解对应的发射功率和基站天线数。最后,对大规模MIMO系统中下行链路的能效优化问题进行研究。提出了天线数选择方案、发射功率优化方案、用户数选择方案,并进行了一些仿真分析,得出了系统能效在一定条件约束下,存在最优解。