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随着通信技术的快速发展,无线网络的演进正致力于实现以万物互联为目标的物联网通信。与现有通信网络相比,下一代物联网通信将要面对如下几个需求与挑战。首先是通信设备的海量接入:根据估计,到2020年无线网络中的接入设备数将达到500亿台左右。与之相比,现有的通信网络仅能容纳数十亿用户的数据通信。其次是设备间的低延迟通信:为了实现以远程医疗、工业机器控制以及基于车联网的自动驾驶为代表的5G应用,未来通信网络需要确保毫秒级的传输时延。最后,在无线频谱日益紧张的背景下,实现海量设备的数据通信也要求我们进一步考虑如何提高频谱资源的利用效率。为了应对上述问题,对无线网络新型空口技术的设计是一个具有现实意义的研究课题。本文将围绕无线网络新型空口的信号检测设计以及在多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)天线系统中,大维随机接入信道的基本性能限分析等两个方向展开研究。对于新型空口技术,本文将考虑基于稀疏编码多址接入(Sparse Code Multiple Access,SCMA)技术的非正交多址。我们首先研究SCMA的译码器设计,提出一种基于球形译码算法的低复杂度信号检测方案,它避免了最优译码器中对可能发送码字的穷举搜索。对于SCMA在免调度接入下的信道估计与用户检测,本文提出了一种基于导频与数据的联合检测器设计。与单独依赖导频的信道估计与用户检测相比,本文给出的方案具有更好的估计精度。此外,本文还将分析MIMO大维随机接入信道的基本性能限。由于我们假定用户数量与编码码长可处于相同的数量级,因此随着码长的不断增长,在量变引发质变的原则下,本文给出的性能限也将具有某些新的特性。无线网络新型空口技术的设计是5G通信需要面对的一个重要课题,本文所提出的SCMA译码算法对非正交多址系统中多用户检测器的设计提供了若干可供借鉴的思路。而在MIMO系统中,对大维随机接入信道的基本性能限分析则丰富了现有的多用户信息论,其对海量设备接入下的物联网通信也具有一定的理论指导意义。