面向2020年及未来,移动数据流量即将出现爆炸式增长。移动互联网和物联网作为未来通信发展的两大主力军,给予第五代移动通信(5G)无限可能和前景。大量移动设备接入和频谱资源短缺的情况也是5G需要面对的问题。稀疏码多址接入(SCMA)技术和频谱感知技术针对上述问题,提出了相应的解决方案。SCMA技术作为非正交多址接入技术的一种,支持用户负载的同时,能够保证系统传输性能。频谱感知技术通过检测区分拥挤频段和空闲频段,提高无线通信中的频谱效率。本文的研究就是基于上述两点,主要的研究内容和创新点如下:(1)本文的基础理论分为两个主要部分,分别介绍了 SCMA技术基础和频谱感知技术基础。首先介绍了 FDMA技术、CDMA技术,并在LDS技术的基础上介绍了 SCMA系统原理及现有的SCMA码书设计方法。分析了多用户检测最常用的MAP检测算法,适合SCMA技术的MPA检测算法以及各自的优缺点。随后,介绍了频谱感知技术基础和频谱感知算法的分类。并具体介绍了发射端检测法,给出了匹配滤波器检测、能量检测和循环平稳特征检测三种算法比较。最后也介绍了协作频谱感知系统和融合中心的融合准则。(2)传统的SCMA码书设计都是对母星座进行矢量变换得到子星座图,系统性能改善不是很明显。由此,本文提出基于QAM星座图分割的优化SCMA码书设计方法。通过比较PSK和QAM星座图的最小欧氏距离后,选择对QAM星座图优化使之成为母星座图;并对母星座进行分割,得到最小欧氏距离更大的子星座图;结合映射矩阵和子星座图生成最终的SCMA码书。仿真结果表明,新方法生成的码书与未分割的优化16-QAM星座图码书、基于TCM分割16-QAM星座图码书、最初的SCMA、LDS及IrLDS相比,在BER为10-4时,系统性能分别提高1.0,1.4,2.5,3.5,4.0dB。且新方法的星座约束容量较上述几种方法也有明显提高。(3)现有大多数频谱感知算法检测复杂度大、检测时间较长,本文提出了基于协方差矩阵的机会协作频谱感知算法。该算法在传统的频谱感知算法的基础上,提出奇偶时隙的划分,对次级用户在偶时隙接收到的信号,采用机会协作方式转发,以提高检测性能。同时提出单门限和双门限两种感知算法,仿真分析表明,在采样点数较多时,单门限检测性能近似于双门限算法,且检测复杂度低,但双门限算法能效优于单门限。且与无协作的能量检测算法、无中继协作的协方差算法及基于协作的能量检测算法相比,在信噪比为-10dB时,新算法的检测概率较上述两种算法分别提高0.19,0.13,0.08。本文中的研究均是以提高系统性能、降低复杂度为出发点,故适合未来5G无线通信等场景。