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稀疏码分多址接入(Sparse Code Multiple Access,SCMA)作为未来通信系统一种颇具竞争力的非正交多址接入方式,能够实现大连接、低时延、高效率的发展要求。发送端采用多维码字调制技术带来星座图的赋型增益,接收端利用码字稀疏性实现低复杂度接收。空时编码(Space Time Block Coding,STBC)技术通过对时间和天线的分集能够有效抵抗衰落,提高频谱效率。本文在分层空时结构(Layered Space-Time,LST)的基础上对SCMA码本进行设计,综合利用两种技术的优势,实现系统在衰落信道下误码率性能的提升。首先,本文围绕SCMA上行链路进行研究,提出了一种SCMA与空时编码技术相结合的上行链路SCMA-STBC系统,并通过对泰讷图的分析,给出了上行链路联合空时消息传递算法(Message Passing Algorithm,MPA);然后针对SCMA-STBC接收机复杂度较高的问题,在相同的空时资源结构下,给出了上行链路SCMA-LST预编码码本设计方案,并根据码本的特点提出了相应的上行线性合并MPA译码算法,推导了该方案的误码率理论下界。接着,本文在上行SCMA-STBC系统基础之上设计了下行SCMA-STBC系统,提出了对应的下行线性合并MPA检测算法;为了进一步提升系统的误码性能,在相同的空时资源结构下,基于系统的信道状态信息(Channel State Information,CSI)给出了下行链路SCMA-LST码本设计方案。码本设计以调制编码容量(Coded Modulation Capacity,CMC)为优化码本的目标函数,将优化问题分解为空时资源选择以及星座点设计两个子问题,给出了相应的资源选择算法和星座点设计方法,完成码本设计方案。最后,为了优化码本结构,进一步改善系统误码性能,本文提出了一种占用更少资源的循环分层空时结构(Cycle Layered Space-Time,CLST)SCMA下行链路码本设计方案;根据发送端和接收端的信号特点,提出了多权重预编码和多矩阵预编码两种码本设计结构,给出了相应的多权重选择算法与多矩阵选择算法,并针对多矩阵结构给出了干扰抑制MPA检测算法。此外,对系统的调制编码容量界限以及不同结构的算法复杂度及进行了理论分析。