第五代移动通信技术的业务提供能力要求比第四代移动通信有较大的提升,不再只强调峰值速率,而是依据不同场景提出差异化的通信指标,提升用户体验。为了适应5G多应用多场景的快速发展,跨层优化设计将多个协议层联合在一起,为移动多媒体网络提供不同的QoS服务。本文面向5G的需求和应用场景,考虑用户公平性、时延敏感、系统吞吐量等多方面要求,研究NOMA跨层联合资源分配方案,为5G系统的增强非正交多址接入提供有效的理论支撑和技术方案。本文主要工作如下:一、研究了基于用户公平性的NOMA系统资源分配方案,包括子带上最优用户组合和用户最佳功率分配方案。针对特定子带,通过数学推导得出了最优用户组合中任意两个连续的用户应满足的充要条件,并依据该条件迭代除去用户集中不满足要求的用户。在此基础上,对于每一组候选用户组合,本文考虑最大化用户组加权和速率,建立优化模型并利用拉格朗日乘子法得到用户最佳功率分配。仿真结果表明,该方案明显优于传统的用户调度和功率分配方案,与最优的上下行对偶法性能相似,复杂度却大大降低。二、研究了联合时延敏感和系统吞吐量的跨层资源分配方案,提出了一种结合数据链路层和物理层参数的跨层功率优化方法。在单输入单输出场景下,提出一种有效的用户选择方法以最大化用户几何平均有效容量,并引入时延QoS指标,建立最大-最小有效容量模型。该优化模型无法直接求得闭合解,本文通过数学证明将其等价转化为一组标准的凸规划问题。在此基础上,利用二分搜索法迭代求得最大系统有效容量及对应的最佳功率分配,并将该方法应用到多输入多输出场景中。仿真结果表明,所提方案与传统的功率分配方案相比,既能保证用户的时延QoS指标,又能实现系统有效容量的最大化。