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随着无线移动通信技术的迅猛发展,用户接入量以及业务种类急剧增加。如何利用有限频谱资源提高通信系统的可靠性依旧是亟待解决的问题。中继技术的出现扩大了复杂信道环境下的网络覆盖范围,通信系统容量以及可靠性也有了显著提升。此外,非正交多址接入(Non-Orthogonal Multiple Access,NOMA)技术通过将多用户信息进行叠加编码引入非正交性,给系统带来较高的性能增益的同时实现了频谱资源的高效利用。鉴于以上原因,本文致力于研究非正交多址接入技术与中继技术的结合应用。针对不同通信场景,不同用户服务质量(Quality-of-Service,QoS)需求提出了性能更优的传输方案,并给出了设计方案的理论性能分析与仿真验证。本文主要工作和成果概括如下:1)针对NOMA增量中继系统,先后对两种不同通信场景下的传输方案进行了设计。首先,对于按照信道情况排序的多用户NOMA通信场景,提出一种将增量中继与NOMA系统相结合的传输方案。其核心思想在于通过利用系统中大功率用户的反馈信息,使中继以及基站灵活传输信息或保持静默,实现了中继的灵活协作并提高了系统资源利用率。然后,对于按照QoS优先级排序的两用户NOMA通信场景,提出一种自适应的增量中继传输方案。在该提出方案中,通过对中继节点设定两个阈值,实现了中继节点处传输方式的自适应切换,并显著提升了高优先级用户的性能。最后,通过对不同通信场景下不同方案的仿真对比分析,验证了提出方案及其理论推导的合理性和正确性。2)针对有不同QoS需求的两用户NOMA中继系统,先后研究了在不同中继、不同天线配置场景下的传输方案设计。首先,对单中继发端多天线的NOMA通信场景,提出一种直传与中继协作(Coordinated Direct and Relay Transmission,CDRT)的两阶段发端天线选择传输方案。该方案通过采用直传与中继协作传输方式有效提升了系统容量。并且,在优先满足高优先级用户需求的同时实现了低优先级用户瞬时速率的最大化。然后,对以上传输方案进一步推广,扩展到多中继NOMA通信场景,提出一种基于CDRT的两阶段联合中继天线选择传输方案,并给出了该方案下系统性能的理论分析。最后,通过对不同通信场景下不同方案的仿真对比分析,验证了提出方案及其理论推导的合理性和正确性。通过分析各通信节点天线配置、高优先级用户位置、中继位置等因素对系统性能的影响,得出了一些有意义的结论。