相比于前几代移动系统,第五代移动系统在频谱效率、能量效率、连接密度和移动性的要求又重新被标准化。预计5G网络需要支持空前数量的连接设备,以及相当大的数据流量。非正交多址结束和全双工技术都被视为缓解频谱资源短缺有潜力的关键技术。为进一步提高用户公平性和接收稳定性,协作NOMA近年来在学术界被广泛的研究。此外,许多研究表明,非正交多址接入和全双工中继的结合可以进一步提高通信系统的频谱效率。然而,在未来5G场景和IOT场景中大量接入的无线设备都是功率受限的,这会大大影响系统通信的可持续性。能量收集技术是一项通过给设备终端无线供电来延长能量受限网络寿命的绿色通信技术,已经得到了广泛的关注。受上述启发,本文致力于在协作非正交多址接入系统中应用全双工中继和能量收集技术。在不同系统模型假设下,本文从不同的系统性能方面去进行分析以及优化。本文的主要贡献如下所示。考虑一个SWIPT应用下的下行NOMA系统。提出了一个新型的协作NOMA方案以提高通信稳定性和用户公平性,其中一个近用户充当一个能够收集能量的全双工中继来帮助源节点与远用户的传输,在中继处采用功率分离结构来实现SWIPT。以在满足远用户基本QoS要求和近用户及源节点处的功率约束情况下最大化近用户接收速率为研究目标构建了一个非凸分式规划。通过联合优化功率分配系数、功率分离比以及中继用户处接收和发送波束成形向量,提出了一个基于交替优化的算法以求得最优解。另外,一个低复杂的次有方案被提出,推导出的半闭式解用以表征所提系统的性能。仿真结果验证了本文理论分析的正确性和证明了所提传输方案要比其他传输方案所获性能增益更优。考虑一个下行协作NOMA系统,其中近用户充当一个全双工中继来协助远用户。在满足近用户的QoS要求和基站及近用户处的功率约束的情况下,研究如何最大化系统的能量效率。由于所形成的问题是极度非凸的,计算难度上具有很大的挑战。文中提出了一个低复杂path-following算法,该算法在每次迭代中只引用一个凸问题。仿真数据验证了所提算法要比传统的迭代算法更优。考虑一个全双工的无线供电协作NOMA系统,其中中继采用译码转发来协助基站与远用户通信。整个通信过程主要分为两个时隙,第一个时隙,基站和中继从能量供应站收集能量,第二个时隙,基站和中继将收集到的能量全部用于发送信号。考虑到近用户会受到来自中继的干扰,文中研究了在保证远用户QoS要求和能量供应站的功率约束的前提下近用户数据接收速率最大化问题。提出了一个最优的波束成形设计方案将问题转换成SDP问题以直接求得最优解。仿真结果证明,所提传输方案要优于其他方案。