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近年来,物联网和移动互联网迅猛发展,更高的传输速率、更低的时延、更高的连接密度等需求成为研究第五代移动通信(The 5th Generation,5G)新的挑战。非正交多址接入(Non-Orthogonal Multiple Access,NOMA)作为5G移动通信的重要候选技术之一,以高频谱效率的优势获得了学术界和工业界的广泛关注。在本学位论文中,我们分别研究了NOMA技术与无线携能通信技术(Simultaneous Wireless Information And Power Tranfer,SWIPT)、中继协作网络结合的相关问题。从系统和速率、能量效率和用户服务质量等方面研究了未来移动通信的性能和特征,并提出了改进的技术方案和优化算法。本文的主要工作与贡献如下:1.提出了一种新型的基于上行NOMA的无线携能通信网络方案将NOMA思想运用到无线携能通信系统中,我们提出了一种新型上行NOMASWIPT通信网络方案。我们利用连续干扰消除技术和动态功率分配策略,分析了该网络在系统和速率与能量之间的均衡关系。我们考虑了用户的平均功率和峰值功率约束、接入节点的最低能量约束,以最大化系统和速率为目标,对用户已知信道状态信息、用户未知信道状态信息两种情况下的优化问题进行建模分析。通过数学推导得到了最优传输功率表达式。仿真结果表明,与正交多址接入(Orthogonal Multiple Access,OMA)方案相比,我们提出的NOMA方案在相同能量约束下可以得到更高的系统和速率。2.提出了一种新型的基于NOMA的中继协作通信网络基于中继的协作通信是提高通信网络覆盖能力的常用方案。如何在满足用户速率需求的情况下最小化中继通信系统的能量消耗,是实际系统设计和运营中迫切需要解决的问题。为此,我们提出了一种基于NOMA的新型中继协作网络方案,给出了通信过程,并得到了该方案下的最优功率分配表达式。仿真结果验证了我们推导的理论结果的准确性。仿真结果也表明,与传统的OMA方案相比,我们提出的NOMA协作方案能以更少的能量消耗来满足用户的服务质量要求。