第五代移动通信(5G)面临着诸多挑战,其中激增的并发连接用户数造成的无线信道拥塞问题尤为突出。在应对大量无线连接需求的过程中,非正交多址接入是产业界的研究热点。此外,大规模MIMO技术作为5G的关键支撑技术,具有极强的空间分辨能力和容量扩充能力。本论文针对5G移动通信中大量用户的随机接入机制展开研究,并在非正交编码接入方案和大规模MIMO系统大量用户随机接入机制两方面取得进展。非正交编码接入(NOCA)是5G候选多址方案之一,它将扩谱的思想引入OFDMA,将用户的单个数据符号映射到多个子载波上。多个用户从一个非正交码本中选择码字,用于对数据的扩谱。扩谱后的数据被映射到公共的时频资源上,不同的用户通过码字得以区分。非正交的扩谱码本能够有效降低用户码字碰撞的概率,但同时也引入了小区内的用户间干扰。为此NOCA采用了迭代干扰消除的接收方案。为了评估NOCA的过载工作能力,论文从物理层用户链路性能以及多小区多用户的组网性能角度搭建仿真平台,验证了 NOCA对多用户并发连接的良好适应性和抗干扰能力。尔后,根据迭代干扰消除接收机的特征,论文设计了一种以大尺度衰落部分补偿为基础的上行方向发射功率优化方案,在有效降低功耗的同时可以显著提高系统支持的并发数据包数量和吞吐量。仿真结果表明,在适当的功率控制配置下,NOCA在1%包错误率时支持的连接数可以达到基于竞争的OFDMA方案的四倍之多。大规模MIMO系统大量用户随机接入机制利用了大规模MIMO系统的信道硬化特性,从而允许多个用户使用同样的导频完成上行传输。根据接收到的导频信号,基站可以估计使用该导频的全部用户的复合信道,并将复合信道用于用户数据的恢复。经过最大比合并处理后,原始接收信号中多个用户的数据所经历的复数高斯向量信道被转化为正实数标量信道。此时,根据功率域复用的思想,实施串行干扰消除就可以依次恢复每一个用户的数据。用户数据的恢复依赖于不同用户信号在基站天线处的接收功率差异,因此大量用户随机接入问题可以转化为多个用户的上行发射功率分配问题。首先,论文以理想全局信息假设为出发点,从多用户传输的中断概率以及解调误码率两个层面推导了多用户的理论最优功率分配方案。然后,论文提出了基于大尺度衰落部分补偿的功率分配方案和基于概率的多级功率分配方案,从而使得各用户可以独立地决定自身的发射功率,并取得接近理论最优的性能。仿真结果表明,理论最优功率分配方案具有最优的性能,而基于大尺度衰落部分补偿的方案虽然性能与理论方案存在差距,但其分布式的部署方式和较低的能耗都是后续研究的良好开端。