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随着无线通信及互联网技术的不断发展,万物互联成为通信发展的必然趋势。相应地,数据传输业务的需求量呈现爆炸性增长,用户对通信服务质量的要求也显著提升。这带来新的技术难题,即在保证大规模用户和设备接入的同时,还要满足高可靠、低时延的通信需求。由于现有的第四代（4G）通信系统难以应对这一越来越迫切的技术难题,研究和开发面向未来的第五代（5G）通信系统成为必然。非正交多址接入（Non-orthogonal Multiple Access,NOMA）技术具有良好的应用前景,可用来构建新型高可靠、低时延的多接入通信网络,目前已作为关键技术被写入5G通信协议。与传统的正交多址接入（Orthogonal Multiple Access,OMA）技术相比,在使用相同的无线资源的情况下,NOMA技术通过共享频谱资源的方式支持更多的用户和设备同时接入。虽然NOMA技术近几年得到快速发展,但是现有的研究工作主要考虑的是同步NOMA系统,而异步NOMA（Asynchronous NOMA,A-NOMA）系统还有很多难题没有解决。本论文将深入研究A-NOMA系统中多用户检测算法和系统参数的优化等问题,为A-NOMA系统中的多用户检测提供更加有效的解决方案。具体的研究工作如下:首先,针对等功率的符号异步NOMA（Symbol Asynchronous NOMA,SA-NOMA）系统,提出了低复杂度的消息传递（Message Passing,MP）检测算法,获得优于一般NOMA系统的抗干扰与抗噪声性能。在异步传输时,接收端需要采用与用户时间偏移相匹配的滤波器。但上述滤波器会导致用户间干扰变得更为复杂,即用户信息不仅受到其他用户当前时隙数据的干扰,而且受到其他用户相邻时隙数据的干扰。为了更好地描述滤波器的输出符号与用户不同时隙的符号之间的关系,提出了一种三维因子图表示方法。在该因子图表示的基础上,提出了一种跨时隙的MP检测算法。分析结果表明,异步传输能有效地对抗多用户干扰,并且调制波形会影响MP算法的检测性能。仿真结果表明,在MP检测算法下,SA-NOMA系统可以实现比NOMA系统更好的误比特率（Bit Error Rate,BER）性能。其次,针对时间偏移存在估计误差的SA-NOMA系统,提出了线性最小均方误差（Linear Minimum Mean Square Error,LMMSE）检测算法和部分消息传递（Partial Message Passing,P-MP）检测算法,当估计误差的方差小于0.1时,可以保证系统的抵抗干扰和噪声能力略优于NOMA系统。LMMSE检测算法是基于迭代的多用户检测算法,由LMMSE检测器和单用户译码器迭代构成。其中,LMMSE检测器将时间偏移的估计误差近似为噪声,并将相邻时隙间的干扰视作记忆信道对信号带来的干扰。LMMSE检测需要计算矩阵逆,因此算法复杂度比较高。为了进一步降低检测算法复杂度,提出一种基于方向因子图的P-MP检测算法,并分析估计误差对P-MP检测算法性能的影响。仿真结果表明,当估计误差的方差为0.1时,时间偏移有误差的SA-NOMA系统可以达到或超过NOMA系统的BER性能。再次,针对等功率的SA-NOMA系统,提出利用外信息转移（Extrinsic Information Transfer,EXIT）图分析时间偏移的统计特性对系统性能的影响,并优化时间偏移以提升SA-NOMA系统的抗干扰性能。根据EXIT图可以有效地跟踪消息传递过程中的互信息变化,因此首先给出SA-NOMA系统在MP检测算法下和节点的EXIT函数。研究发现,和节点的EXIT函数与时间偏移有关。接下来,从统计学的角度考虑随机时间偏移对和节点EXIT函数的影响。并在两用户SA-NOMA系统中,通过最大化和节点的EXIT函数优化时间偏移。结果表明,在SA-NOMA系统中,采用优化和节点EXIT函数得到的时间偏移能有效地提升系统的BER性能。并且,采用规则重复累加（Repeat Accumulate,RA）码与重复码串行级联的编码方案,SA-NOMA系统的检测阈值可以逼近容量限。最后,针对两用户帧异步NOMA（Frame Asynchronous NOMA,FA-NOMA）系统,提出利用距离枚举函数的分析方法,给出该系统在有限码长下的误字率（Word Error Rate,WER）和信道编码参数的设计方法。FA-NOMA系统中,接收端收到两用户码字的帧异步叠加信息,将帧异步引入的错位叠加操作定义为错位叠加（Misplaced Superposition,MS）编码,并将两个MS码字之间的距离定义为错位欧式距离。FA-NOMA系统下的两用户码集由两个单用户码和一个MS码串联构成,根据串行级联码的距离分析方法得到FA-NOMA系统下的平均错位距离枚举器。进而得到FA-NOMA系统在有限码长约束下WER的联合界。通过数值仿真表明,两用户FA-NOMA系统的仿真结果与联合界一致。然后,给出渐近错位距离枚举器,并以简单的重复码和随机码为例,说明渐进错位距离枚举器的使用方法,并为FA-NOMA系统提供了信道编码参数的设计方法。