机器类通信是下一代通信的重要组成部分,也是实现物联网的主要途径,其应用范围广,极大方便了人们的生活。机器类通信设备数量将爆发式增长,然而现有的移动蜂窝通信是为人与人之间的通信设计的,不符合机器类通信的业务特性。本文通过物理信道资源分析、数值推导、系统级仿真等途径,分析了大连接机器类通信和低时延高可靠通信可能存在的问题,并设计相应的技术方案。主要工作和结论如下:首先,对机器类通信进行资源受限分析及传输难点分析。基于LTE的资源配置分析了大连接机器类通信接入过程中的接入资源受限情况,以及接入和调度过程导致的控制信道资源受限情况,并通过系统级仿真验证。同时,针对低时延高可靠通信的小数据包特性,分析小数据包传输的难点和HARQ机制的可行性。其次,为了解决大连接机器类通信接入资源受限问题,设计了一种联合竞争与非竞争的随机接入优化方法和一种分组接入优化方法。在联合竞争与非竞争的接入优化方法中,机器类通信设备在首次接入时采用基于竞争的接入,后续周期性发起非竞争接入。该方法能够避免碰撞、提升接入成功率,所包含的系统帧计数器设计能够在尽少改变信令条件下扩大LTE的系统帧计时范围。分组接入优化方法中基于迭代的分组能够按优先级且无需固定组内用户数情况下分组,该方法能够节省控制信道资源,提升接入成功率。最后,针对低时延高可靠通信,设计了一种小包重复传输方法,以及一种基于组控制信息的下行调度算法。小包重复传输方法减少了HARQ机制的停-等时间,能够在短帧结构下多次重传而不超过时延限制;基于组控制信息的调度算法用一个组控制信息调度多个用户,用户侧采用偏移盲检测解调数据,仿真结果表明该方法大幅降低控制信道资源开销。