随着通信技术的飞速发展，未来将更加注重物与物之间的通信，而大规模机器类通信（mMTC, massive Machine Type Communication）场景作为第五代移动通信（5G, 5th Generation）的重要应用场景之一，能够给海量终端设备提供通信服务，满足未来的物联网通信需求。而面临着mMTC场景内终端设备数量巨大、数据包短小频繁等特点，传统的多址接入技术已经无法满足通信需求。因此，需要设计出适合 mMTC 场景的多址接入技术。本文将围绕mMTC多址接入技术进行研究，对免信令多址接入（GFMA, Grant-free Multiple Access）技术和传统的随机接入技术进行优化和改进。
　　首先，本文介绍了免信令多址接入技术和随机接入技术在mMTC场景中应用的优势，详细介绍了免信令多址接入技术和随机接入技术的细节，并分析了可能存在的异步问题和导频冲突问题。
　　接着，针对免信令接入技术中存在的异步问题，提出了拓宽时间窗口的检测方法，建立了含有时延的数学模型，保证每个可能的活跃用户都能被检测到。另一方面，对建立的数学模型进行修正，使之成为标准的压缩感知多矢量测量（MMV, Multiple Measurement Vector）问题，并基于正交匹配追踪算法（OMP, Orthogonal Matching Pursuit）提出了增强分组正交匹配追踪算法（EG-OMP, Enhanced Grouping-OMP），该算法能够利用模型的分组特性，联合进行活跃用户检测和信道估计，同时能够对活跃用户的离散时延进行估计。仿真及分析表明，本文提出的模型和算法的活跃用户检测性能以及信道估计性能优于传统OMP算法，且能够应用于存在异步的mMTC场景。
　　然后，针对传统随机接入技术中存在的导频冲突问题，利用时移导频能够解决小区间干扰的优势和小区分区增加空间检测维度的做法，提高时隙内支持通信的终端设备的数量。本文提出了集中式场景下的基于时移导频的随机接入方案（ERA-TSP, Enhanced Random Access with Time-shifted Pilot），详细介绍了方案的流程及导频检测方法，分析了该方案在集中式mMTC 场景内的冲突概率、平均冲突概率和平均接入时延等性能。仿真结果表明，与传统随机接入方案相比，ERA-TSP 方案有着较低的导频冲突概率和较短的平均接入时延，能够应用在集中式大规模机器类通信场景中。
　　最后，针对分布式场景下天线单元分布在小区内的特点，利用天线单元数量多能够提高同一时隙接入终端设备的数量的优点以及时移导频的优势，提出了分布式场景下的基于时移导频的分布式随机接入方案（D-ERA-TSP, Distributed Enhanced Random Access with Time-shifted Pilot），详细介绍了该方案的工作流程，分析了该方案的导频冲突概率和平均接入时延的性能。仿真结果表明，D-ERA-TSP 方案能够有效降低分布式场景内导频冲突概率和接入时延，能够应用在分布式mMTC场景内。
　　综上所述，本文主要研究了免信令多址接入技术和随机接入技术在大规模机器类通信场景中的应用，集中研究了存在异步时延的情况和导频冲突的情况，并针对性地提出了改进方案。研究表明，本文提出的异步免信令多址接入技术和基于时移导频的随机接入技术能够分别解决相应的问题。