随着物联网在工业、农业、交通和医疗等社会和经济的各个领域的广泛应用,物联网设备的数量呈现了爆发式的增长。在这种情况下,传统的正交接入技术无法满足大规模设备的接入要求,亟需研究面向B5G蜂窝物联网的大规模非正交多接入技术。然而,大规模非正交多接入技术存在着信道信息获取难、叠加编码复杂度高和串行干扰计算量大等难题。针对B5G蜂窝物联网中的大规模非正交多接入技术存在的一系列难题,本文将研究一种基于波束空间的大规模非正交接入技术,并给出完整的解决方案。首先,本文简要介绍了B5G蜂窝物联网的特点和需求,然后对大规模非正交多接入所涉及的关键技术进行了分析和讨论,包括信道信息获取、设备分簇、叠加编码和串行干扰消除。在此基础上,本文利用波束空间的优点,对这四种关键技术进行了研究和设计。其次,本文对波束空间上行大规模非正交多接入进行了研究。本文首先基于所设计的上行大规模非正交多接入架构,对系统性能进行了分析,得到了遍历可达速率加权和的下限,揭示了波束空间参数对系统性能的影响。然后,通过最大化遍历可达速率加权和的下限,本文分别设计了一种无分簇的上行大规模非正交多接入算法和一种有分簇的上行大规模非正交多接入算法。仿真结果表明,本文所提出的波束空间上行大规模非正交多接入算法可以在系统性能和计算复杂度之间取得一个较好的折中。然后,本文对波束空间下行大规模非正交多接入进行了研究。基于所提出的下行大规模非正交多接入框架,本文对系统性能进行了分析,得到了遍历可达速率加权和的上限。通过对这一上限的分析表明,利用多个基准波束的线性组合设计发射波束可以获得有效的性能增益。据此,本文为波束空间下行大规模非正交多接入设计了三种发射波束构建方案。第一种为全空间多波束设计方案,即每个设备均在完整的自由空间中进行波束选取和组合;第二种为部分空间多波束设计方案,即每个设备只允许在为其所在的簇分配好的子空间内进行波束的构造;第三种为部分空间单波束设计方案,每个簇的设备共享一个子空间,并且在此子空间内构建一个共同的发射波束。这三种方案的波束设计自由度依次降低,同时设计复杂度也逐渐降低,所以可以根据系统性能和复杂度的要求对这三种方案进行选择。最后,本文对所开展的波束空间大规模非正交多接入研究进行了总结,并对后续研究工作进行了展望。