随着信息物联网产业的迅速发展,学术界与工业界将大规模机器类通信列为第五代移动通信技术的三大核心场景之一。串联扩频多址技术作为一种新型非正交多址接入技术,由于兼顾了多用户接入下的高连接性和高可靠性,有望应用于大规模机器类通信场景。然而现有的串联扩频多址技术的抗多址干扰能力和抗异步时延能力均具有局限性,使得该技术难以投入实际应用。本论文以串联扩频多址技术为基础,针对其应用于当下物联网通信场景局限性,考虑到大规模机器类通信对用户接入和可靠传输的要求,以干扰消除理论、伪随机序列扩频理论为基础,综合了系统改进、算法设计和仿真评估等方法,提出了两种针对大规模机器类通信的串联扩频多址技术增强方案,分别为基于串行干扰消除的串联扩频多址增强方案和基于Gold序列的异步串联扩频多址增强方案。本论文主要由以下两项研究构成:1)针对多时隙串联扩频多址方案在用户碰撞解决能力上存在的局限性,本论文通过将编码时隙ALOHA方案的串行干扰消除技术加以深化并应用于物理层,提出了基于串行干扰消除的串联扩频多址增强方案。该方案通过在串联扩频多址技术接收机的用户识别模块采用串行干扰消除算法,从而对抗多址干扰以实现更可靠的用户接入。本论文进而利用数值仿真对增强方案性能进行了验证。仿真结果表明所提出的增强方案可以以适当增加接收机复杂度为代价提升用户接入可靠性。2)针对异步串联扩频多址方案在抗异步时延能力上受限于循环前缀长度这一局限性,本论文通过设计基于Gold伪随机序列的新型扩频序列,提出了基于Gold序列的异步串联扩频多址增强方案。该方案通过使用Gold序列进行扩频、用户识别和信道估计,从而对抗高异步时延以实现多用户的高可靠通信。本论文进而利用数值仿真对增强方案性能进行了验证。仿真结果表明所提出的异步增强方案可以在高异步时延通信场景下兼顾用户接入的高连接性和高可靠性。