随着人们对移动通信需求的日益增长,3GPP为下一代5G系统中定义了一些关键性的需求,如系统容量、用户密度、接入时延等。非正交多址将不同用户的信息非正交地叠加起来,并在接收端进行译码(又称多用户检测),通过增加接收端的运算复杂度从而得到了更高的频谱效率,相比过去的正交多址能很好地满足上述需求。被IMT-2020(5G)推进组列为了5G关键技术之一。稀疏码分多址(Sparse Code Multiple Access,SCMA)是由华为公司提出的一种非正交多址技术,它将传统的星座图映射和扩频结合到了一起,通过一个码本来完成这两步。这相当于将多个星座图看成是一个多维的联合星座图,而码本中的码字则相当于其上的多维星座点,由于这样多个星座图能相互帮助来完成接收端检测,所以能够显著地提高频谱效率,是目前最有可能被定为5G标准的非正交多址技术之一。然而作为一种新兴的技术,它在理论上还有很多亟待发展的空间。就目前来说,一个重要的瓶颈就是不同用户的信息非正交地叠加起来虽然带来了容量等好处,但同时也给接收端的检测带来了问题。由于多个信息不再正交,用户必须使用高计算复杂度的多用户检测算法将不同信息进行分离。事实上,目前常用的大部分检测算法的运算量都会随着SCMA系统中用户数量的增大而指数增加,这给系统的扩展带来了很大的不便。此外SCMA中每个用户会拥有一个码本,码本中的每个码字都是一个多维向量。如何设计每个码本中的码字,使得系统的检测准确率最大、信道容量最大依旧是一个没有很好解决方法的问题。目前的码本设计方法大部分都是启发式的方法,通过主观指定一些指标来进行码本的设计。还有一部分是依据系统的信道容量进行码本设计。但由于SCMA系统的信道容量既没有解析解,也没有形式较简单的近似,所以目前只能根据容量的一些界,或者给系统一个强的假设,来进行码本的设计。在本文中,对SCMA多用户检测算法和码本设计做了一些研究。具体研究内容如下:1.在第二章中提出了一种新的多用户检测算法,使得接收机具有了相对d_f多项式级的运算复杂度。虽然新的算法会导致一定的检测准确度的损失,但可以证明这个损失在离散化中采样间隔较小时几乎可以忽略。特别需要指出的是当SCMA系统中实数部分与虚数部分互相独立时,检测算法可以对这两部分分别进行多用户检测,这样能够大大降低检测算法复杂度。具体地说,两部分互相独立时本文提出的算法更新一个消息时只需要接近线性的复杂度。2.在第三章中针对上述检测算法,提出了一种码本设计方法,能够在多种信道场景下避免离散化造成的近似误差。给定离散化中的采样点,可以根据因子图中约束条件及贪婪策略对码本进行逐层设计。仿真结果表明,新的算法得到的码本在一些常用信道下要优于过去的一些经典码本。由于码本中元素是选取自采样点,那么在一定条件下该码本能避免第二章中提出的检测算法中由离散化造成的准确度损失。3.第四章则对单资源节点的SCMA系统的信道容量和互信息做了一些研究。在第一节中作者提出了一列解析函数来逼近给定码本下发送端和接收端间的互信息。这列解析函数的形式比较简单且所需的计算复杂度较小,所以可以分析自变量取什么的时候函数值能够取的比较大,从而对码本进行设计。为了验证它的有效性,作者将其与一个经典的工作进行了比较,结果表明了在同样的场景下新的方法总是能找到更好的码本。在第四章的第二节中则研究了信道容量的渐进性质。通过构造出一类离散随机变量,本节中证明了在SCMA系统中多个用户信息叠加时随着支撑集的增大,互信息依然会趋向于信道容量。在通信系统中,多址方式一直是空口设计的关键内容。就目前看来在5G系统中非正交多址的引入是大势所趋。在论文中一些地方还分析了SCMA系统可能的发展趋势和研究方向,希望能对有兴趣研究非正交多址的人提供帮助。