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第一代至第四代移动通信系统主要使用正交多址接入(Orthogonal Multiple Access,OMA)系统。由于OMA系统存在频谱利用率低的缺点,无法满足第五代移动通信系统(5th Generation Mobile Communication System,5G)更大系统容量和更快传输速率的要求,新型多址方案——非正交多址接入(Non-Orthogonal Multiple Access,NOMA)逐步受到通信领域专家和学者的关注。中兴公司提出的多用户共享接入(Multi-User Shared access,MUSA)是5G NOMA候选方案之一,该方案采用扩频技术,在接收端使用串行干扰消除(Successive Interference Cancellation,SIC)接收机进行解码。本文以MUSA系统为基础,从系统评测、传统SIC接收机的改进、免调度(Grant-Free,GF)传输下免导频系统的设计三个方面进行深入研究,并利用通用软件无线电外设(Universal Software Radio Peripheral,USRP)搭建硬件测试平台,实现对免导频MUSA系统的原型验证。首先,本文从用户过载性能以及系统吞吐量,“远近效应”以及扩频序列长度对系统性能的影响等角度对MUSA系统进行了评测。评测结果表明MUSA系统对不同典型大小的数据包进行传输时,都能保持良好的用户过载性能和系统吞吐量。此外,“远近效应”带来的用户间功率的差异可以进一步提高系统的性能,长扩频序列可以显著提高MUSA系统的过载性能。针对MUSA系统传统SIC接收机具有解码效率低、解码性能差、用户解码机会不平等以及传播误差大等缺点,本文引入了串并联合干扰消除(Hybrid Interference Cancellation,HIC)、增强型串行干扰消除(enhanced Successive Interference Cancellation,eSIC)、增强型串并联合干扰消除(enhanced Hybrid Interference Cancellation,eHIC)和基于数据辅助的信道估计四种接收机改进技术。仿真结果表明在1发2收天线配置、500%用户过载量下,HIC接收机可以带来1～1.5 dB的性能提升,eSIC和eHIC接收机可以带来1.5～2 dB的性能提升。基于数据辅助的信道估计技术可以有效地降低传播误差,其信道响应的估计值会随着成功解码的用户数量的增加更接近实际值。然后,本文对GF传输下免导频MUSA系统进行了讨论。针对GF传输模式下系统无法避免导频碰撞的问题,本文着重对GF传输下的免导频MUSA系统进行研究,并提出了一种基于K-Means聚类的盲均衡算法。该算法依据星座点的分布进行聚类运算,并根据聚类结果进行相位补偿,从而实现信号的均衡。仿真结果显示,在1发1收天线配置、正交相移键控(Quadrature Phase Shift Keying,QPSK)调制下,免导频MUSA系统可以支持200%的用户过载量。同时,本文针对免导频MUSA系统无法预先进行信道估计,从而无法使用传统接收天线分集技术的问题,使用一组预先设定的空间等分线性向量对各接收天线信号进行预合并,实现盲接收分集。仿真结果显示,1发2收天线配置下的免导频MUSA系统在该方法下可以达到350%的用户过载量。最后,本文通过对2用户免导频接入系统硬件测试平台的搭建,实现了对免导频MUSA系统的原型验证。该平台主要通过实验室虚拟仪器工作平台软件对MUSA系统收发端处理模拟收发信号的调制与解调,并通过USRP模拟上行免导频MUSA系统下“用户-基站”的通信过程。测试平台结果表明,在免导频MUSA系统下,2用户可以实现文本数据的共享接入。