在移动通信系统的发展历程中,系统标准和核心技术的更迭与人们对于通信业务的需求变化密不可分。移动互联网和物联网应用的蓬勃发展对第五代移动通信系统（5G）提出了更高频谱效率、更大规模设备接入及更低时延的新要求。前四代移动通信系统中的多址接入技术已不能满足5G发展的需求。因此需要研究新的资源复用与多址接入协议来满足未来通信发展的需要。在面向5G的研究中,非正交多址接入（Non-Orthogonal Multiple Access,NOMA）协议被提出,并因其能够更加充分利用通信资源的功率域而获得了工业界与学术界的广泛关注。NOMA协议根据信道状态为不同接入用户的信息流分配不同的发射功率,使通信系统能够同时同频的服务来自不同用户的多个独立的信息流。尽管NOMA协议发展迅速,然而在物理层支撑其工作的资源复用技术并没有被充分研究,导致现有基于NOMA的通信系统仍采用传统的时分复用、频分复用技术。因为这些传统的复用技术并不能充分利用功率域,造成基于NOMA的系统效率不高。为了解决上述问题,本论文把NOMA协议中的功率分配技术拓展到物理层,研究新型功分复用技术。功分复用技术通过把发射功率划分成多个功率段,类似时分复用的时隙或频分复用的频段,每个功率段用来传输用户的一路信息流。所以,相较于时分复用、频分复用,功分复用技术能够更好地支撑NOMA协议,提高系统性能。针对现有功分复用技术的不足,本论文分别研究了集成多天线技术和正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM）的功分复用系统。本论文的主要研究成果如下:1、由于现有的功分复用技术研究都是在单天线系统下进行的,在系统容量、频谱利用率等方面都未能达到目标要求,并且不能很好地抵抗多径衰落。因此本论文在功分复用技术中引入了多天线技术,研究了集成多天线技术的功分复用系统。按照多天线系统可以分为以下三个方面。（1）研究了多发单收系统中的功分复用技术。本论文提出了多发单收系统中功分复用的具体方案,同时在保证该系统最大传输速率的优化目标下,对发射机多根天线间多路数据流的功率分配问题提出了优化算法,提高了系统传输信号的准确性。（2）研究了单发多收系统中的功分复用技术。本论文提出了单发多收系统中功分复用的具体方案,同时为了最大化本系统的接收分集效应,利用各信道信息对接收合并问题提出了优化算法,保证了本系统的性能。（3）研究了多发多收系统中的功分复用技术。本论文提出了多发多收系统中功分复用的具体方案,同时为了保证多发多收系统的增益,对本系统中的功率控制和接收合并算法做出优化,并对功率控制算法中的变量μ进行了讨论,保证了该系统传输信号的准确性。最后利用MATLAB平台对以上研究成果进行了仿真,验证了不同多天线系统下的功分复用方案和优化算法。2、由于现有的功分复用方案都是以单载波形式实现的,在实际运用中无法有效地克服频率选择性衰落。因此本论文在多天线系统下进一步研究了基于OFDM的功分复用方案。由于OFDM技术的引入会给功分复用系统带来同步问题,造成载波间干扰（Inter-Carrier Interference,ICI）、符号间干扰（Inter-SymbolInterference,ISI）,进而影响功分复用系统传输信号的正确率。针对此问题,本论文设计了此系统的前导码、导频等辅助信息,并利用辅助信息进行了符号同步（Symbol Timing Offset,STO）、载波频率偏移估计（Carrier Frequency Offset,CFO）、采样频率偏移估计（Sampling Frequency Offset,SFO）以及信道估计算法的设计。最后通过在MATLAB平台进行仿真,验证了所提方案的可行性以及算法的正确性。