第五代移动通信(The 5th Generation Mobile Communication,5G)已逐步进入商用阶段,移动通信的连接服务正在从人与人之间的通信延伸到人与物、物与物的智能连接,最终将实现万物互联。大规模机器通信(massive Machine Type of Communication,mMTC)是 5G的三大应用场景之一,具有海量设备接入、上行小数据传输、零星通信、终端功耗低等特点。由于mMTC场景下的频谱资源有限,传统的正交多址(Orthogonal Multiple Access,OMA)无法满足海量设备接入时的高频谱效率要求。同时,传统的调度式随机接入因其信令开销高,而无法满足mMTC对终端低功耗的要求。针对上述问题,本文从多址方式和随机接入机制的角度出发,采用模型建立、机制描述、性能评估、仿真验证等研究手段,提出一种使用交织多址(Interleaved-Division Multiple Access,IDMA)的免调度随机接入方案,并围绕该方案进行信道编码、信号检测、用户分组等技术的研究,其创新性体现在以下几个方面:首先,本文提出了一种使用极化码的IDMA系统。IDMA是一种基于交织器的非正交多址(Non-orthogonal Multiple Access,NOMA)技术,其性能取决于所采用的交织器类型和信道编码技术,而极化码是目前已知的唯一能达到香农极限的信道编码技术,具有复杂度低的特点,仿真结果表明使用极化码的IDMA系统比传统的IDMA系统具有更优异的数据检测性能。其次,针对mMTC终端低功耗的需求,本文提出了一种免调度式随机接入方案,并用改进后的IDMA作为多址方式对这种免调度接入进行了建模、理论分析和仿真实现。改进后的IDMA充分利用了免调度随机接入中用户异步发送的特点,大幅提高了系统的频谱利用率。仿真结果表明这种基于IDMA的免调度随机接入比传统随机接入具有更低的碰撞概率和接入时延。最后,利用IDMA系统对用户相对时延和交织器数量敏感的特点,本文提出了一种分布式用户分组方案,用于优化上述免调度接入系统的性能。将小区中的终端按照和基站距离的不同,分成若干个小组,对每个小组分别执行延迟发送策略和交织器分配策略。延迟发送策略通过延迟发送上行帧增加了各用户的相对时延,交织器分配策略通过给每个小组分配独立的交织器集合成倍增加了可用交织器的数量。仿真结果表明这种分布式免调度接入方案成倍降低了系统的碰撞概率和接入时延。