随着无线通信网络的迅速发展以及各种终端设备数量的爆炸式增长，机器通信场景已经成为5G通信的重要场景，具有连接数大，数据包小及零星传输等特点。基于机器通信场景的特点，传统的正交波形技术和正交多址技术无法满足其更高的频谱效率和海量设备连接的需求。因此针对该场景提出的诸多挑战，亟待研究适用于该场景的新型非正交波形和多址技术。本论文的主要内容包括:　　第一，在机器通信的场景下对不同波形技术的分析比较。传统的OFDM正交波形技术具有带外辐射较大，对时频偏移较敏感以及峰均功率较高等缺点，因此其在机器通信的场景下并不适用，本文将波形的研究重点侧重在非正交波形技术方面。本文搭建了机器通信场景的仿真平台，对两种基于滤波器的非正交波形:滤波器正交频分复用(F-OFDM)和通用滤波器多载波(UFMC)技术进行仿真评估，从误块率，功率谱密度方面与传统OFDM波形进行对比分析，证明其在该场景下的适用性。　　第二，在机器通信的场景下对非正交多址技术的评估。传统的正交多址机制中一个正交资源只允许分配给一个用户，很难满足机器通信场景海量连接的需求。而非正交多址技术通过适当的非正交资源分配既可以合理的控制干扰，又能满足海量连接的要求。本文对三种3GPP讨论比较广泛的三种非正交多址技术:交织分多址技术(IDMA)，稀疏码分多址技术(SCMA)和非正交码多址技术(NOCA)进行横向的综合分析评估，得出其在不同码率不同信道场景下误块率性能的差异，为5G多址技术的标准化提供参考。　　第三，提出了一种基于串联式扩频的功率域非正交多址方案，包括发射端码本的设计及接收端算法的设计。与传统的基于扩频的功率域多址方案相比，在系统用户过载的情况下该方案获得了误块率性能的提升，此外还具有传统方案不具备的盲用户识别功能，即接收端能够在不知道激活用户的码本、导频等先验信息的情况下，仅根据接收信息识别激活用户的身份，可以节省机器通信场景下信令的开销，同时盲用户识别功能具有较低的实现复杂度。　　本文的研究成果对于5G机器通信场景通信系统的设计，评估和实际应用具有一定的理论意义和实用价值。