无线通信面临的关键挑战是实现高频谱利用率、大数据量、宽覆盖、低时延的连接。非正交多址接入（Non-orthogonal multiple access,NOMA）作为未来无线网络的一种新兴技术,在提高频谱利用率的同时,还可以支持大规模用户接入。此外,无人机（Unmanned Aerial Vehicle,UAV）由于具有成本效益高、部署灵活和移动性强等突出特性,已经成为无线网络的重要组成部分。本课题紧跟当前无线通信网络的发展趋势,对当下引起广泛关注的非正交多址技术,尤其对非正交多址中的功率域非正交多址（Power Domain Non-Orthogonal Multiple Access,PD-NOMA）和模式分割多址（Pattern Division Multiple Access,PDMA）两种多址接入技术方案进行研究,并将这两种多址方案应用到无人机通信中,从而利用无人机的高移动性提高NOMA边缘用户的可实现吞吐量,使得所有用户之间的服务质量达到有效的平衡。本文针对下行PD-NOMA通信,建立出一种多无人机（Multi-UAV）辅助的PD-NOMA系统模型,并利用组合优化以及凸优化技术,通过资源（功率、带宽）分配、多用户关联,以及无人机的轨迹等四个维度进行系统优化设计,提出一个有效的PD-NOMA系统优化算法。此外,本文进一步针对下行PDMA通信系统进行研究,建立出移动无人机辅助的PDMA系统模型,并提出一种针对PDMA-UAV系统的联合优化算法,通过交替地求解传输功率控制和PDMA模式矩阵设计这一联合优化问题以及无人机轨迹设计问题,来迭代提高下行链路的总吞吐量,同时保证PDMA矩阵的稀疏性和多样性,便于接收端检测和解码。本文通过仿真实验验证了这两个优化算法在系统性能提升方面的有效性,为解决未来无线通信网络面临的庞大用户接入需求和更高的频谱利用率要求等问题提供了可行的解决方案。