面对飞速的经济增长与社会发展,5G移动通信系统提出了更高的性能要求,如更高的数据传输速率、更密集的无线连接等。传统的正交多址接入技术,如时分多址、频分多址、码分多址技术等,给不同用户分配不同的时频资源以避免相互干扰,新型非正交多址接入(NOMA,Non-Orthogonal Multiple Access)技术允许多个用户在相同的时频资源上进行通信。随着无线连接密度的急剧增长和频谱资源的有限性,NOMA技术由于其带来的更高的信道容量与频谱利用率正受到越来越多的关注。NOMA技术的核心思想是功率域复用,允许用户共享非正交的时频资源,接收端利用串行干扰抵消接收机分离不同用户的信号。功率域复用的关键在于在发射端的信号功率具有一定区分性,但在具体实现过程中涉及到诸多挑战。为了实现功率域复用并提高频谱效率,NOMA系统必须有效解决复杂的功率分配问题并降低系统复杂度。因此,本文针对下行非正交多址接入通信场景,研究资源分配优化算法。首先,本文针对下行单信道NOMA通信场景,提出了在不同约束条件下加权和速率最大化(WSRM,Weighted Sum Rate Maximization)问题的功率分配优化算法。该算法从最大化用户加权和速率角度分配用户功率,证明单信道WSRM问题为凸问题的条件,对功率向量进行转化,简化了原问题,推导获得了最优功率分配闭式解并证明该功率分配结果满足功率排序约束的条件。仿真结果表明,本文提出的功率分配优化算法在不同通信场景下均为最优功率分配方案,同时当NOMA系统满足关于功率排序约束的条件,功率分配结果满足功率排序约束。然后,本文进一步研究了下行多信道NOMA和速率最大化问题。本文研究了在用户组合固定情况下的多信道和速率最大化问题。尽管多信道使得功率分配变得更加复杂,本文通过将多信道问题分解为多个单信道问题并进行联合优化,提出了一种改进的注水算法来解决该问题。同时,本文分析信道与用户的偏好度列表,提出了一种低复杂度的次优用户匹配分组算法,即用户延迟接收算法。仿真结果表明,本文提出的功率分配与用户分组匹配算法优于多个现有方案,实现了频谱效率与用户和速率的双重增益,且算法复杂度较低。最后,本文研究了下行多信道NOMA公平性优化问题,其中每个用户复用多个信道。由于本问题为非凸问题,本文提出了下行单信道NOMA通信公平性问题的最优功率分配方案与公平性增益函数,证明不同信道的联合优化问题为凸问题。针对联合优化问题,本文提出下行多信道NOMA通信公平性问题的最优功率分配方案,证明该功率分配结果满足功率排序约束的充分条件并给出特例情况下该问题的最优功率分配闭式解。仿真结果表明,本文提出的功率分配优化算法优于多个现有方案,且本文中特例情况下的功率分配闭式解是最优的。同时当NOMA系统满足关于功率排序约束的条件,功率分配结果满足功率排序约束。