作为未来移动通信发展的两大主要驱动力,移动互联网和物联网(Internet of Thing,Io T)在为第五代移动通信(Fifth Generation,5G)提供更加广阔应用前景的同时,也由于终端设备多样化的无线连接需求以及数据流量的爆炸式增长,为5G相关无线技术的设计带来了诸多挑战。特别是对于无线信道而言,其接入场景相比较于前四代移动通信将更为复杂。已有的接入机制并不能很好的支持大规模终端设备连接,并为它们提供多元化的服务。本论文以此为背景,对适用于5G相关应用场景和性能需求的新型随机接入技术进行研究。相关研究内容概括如下:本文提出了一种基于模拟布隆过滤器(Analog Bloom Filter,ABF)的新型随机接入方案。针对于ABF需要使用多个独立的哈希函数构建ABF签名计算复杂度过大的问题,通过引入扰动函数,首先给出了一种哈希运算与位运算相结合的单哈希ABF签名构造算法,在降低计算复杂度的同时加快了ABF签名构造速度。以此为基础,将ABF签名与近似消息传递算法的思想相结合提出了一种新型随机接入方案,在完成活跃节点检测的同时对活跃节点对应的信道进行估计。通过仿真,验证了所提出的方案在误报率、漏报率以及信道估计等方面具有高可靠性,并且可以支持更多的节点接入。此外,提出了一种根据节点所处位置来改变构建ABF签名作用域的区域策略。并进一步对在何种场景下使用区域策略,以及如何进行区域划分能够进一步提升系统性能给出了相应的分析。本文提出了一种适用于上行链路非协调传输的PD-NOMA(Power Domain Nonorthogonal Multiple Access)方案。针对于传统PD-NOMA方案往往需要协调机制,从而利用功率差异来实现多用户非正交传输的问题,我们通过一组预先设定好的功率等级以及用户随机功率选择,实现上行链路多用户非正交接入。以此为基础,将所提出的方案应用于随机接入,分别设计了基于ALOHA的免许可PD-NOMA-RA方案以及基于许可的PD-NOMA-RA方案。为了评估两类随机接入方案的系统性能,首先考虑多用户传输信道,通过将信道状态转移建模为一个离散马尔可夫更新过程,给出了一种统一的多接入分析模型。而后将信号传输的信令开销纳入考虑,分别给出了两类方案系统有效吞吐量的上、下界并进行了对比分析。仿真结果表明,两类方案均在无需任何带宽扩展的情况下显著提升了系统吞吐量和频谱效率,并且可以支持更多的用户接入。本文最后提出了一种基于上行链路CD-NOMA(Code Domain Non-orthogonal Multiple Access)的新型多用户随机接入方案。不同于传统CD-NOMA需要接入点为接入信道的用户预先分配特定的传输模式(pattern)传输数据,所提出的NOMA/CA方案采用与Wi Fi中广泛使用的载波侦听多路访问/碰撞避免(Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance,CSMA/CA)方案相类似的机制,需要传输数据的用户对所有没有被占用的pattern进行公平的竞争。在用户端,通过引入pattern状态节点构建pattern检测因子图,并基于概率信息传递对pattern状态进行检测;在接入点端,则利用基于因子图的BP算法恢复多用户叠加信号,从而实现码域多用户非正交传输。以此为基础,进一步设计了带有退避机制的NOMA/CA协议,并通过适当的简化修改引入了无记忆特性,给出了系统饱和吞吐量的理论分析。仿真结果表明所提出的方案在显著提高系统饱和吞吐量的同时,可以支持更多的信道连接,提高了传输效率。