电力线通信（Power Line Communication,PLC）是电力物联网信息交互的最有效通信方式之一,但同时电力物联网中通信设备数量的激增和数据传输需求的爆发式增长也会对PLC的吞吐量、速率、连接密度、安全性等性能提出更高的要求。非正交多址接入（Non-Orthogonal Multiple Access,NOMA）技术允许多用户共享时频资源,频谱利用率高,有望满足高吞吐量、大连接、高速等多维性能需求。协作中继技术利用空间分集有效对抗信道衰落,可提升通信可靠性并拓展网络覆盖范围。结合两种技术,充分发挥二者的优势,可增强通信系统性能。另外,物理层安全（Physical Layer Security,PLS）技术利用信道的随机性来保障通信安全,对增强系统的安全性有极大潜力。然而由于PLC的独特性及其通信环境的复杂性,目前相关研究还处于起步阶段,且存在协作NOMA系统的频谱效率、可靠性有待提升以及欠缺讨论其复杂且严峻的PLS等诸多问题。因此基于以上原因,本文在电力物联网应用背景下研究PLC的协作NOMA及PLS技术研究,并重点针对待解决的问题,开展具有更高频谱效率、可靠性和安全性的PLC协作NOMA传输机制研究,以实现高效、可靠且安全的通信。主要研究内容有:首先,针对传统PLC协作NOMA传输时信道利用率低、频谱效率不高的问题,提出基于增量中继的PLC自适应协作NOMA传输策略。该策略通过引入近端用户信号质量的反馈,让源节点在数据传输的第二阶段发送下一数据信号至近端用户,或允许近端用户侦听中继转发信号再次解码期望信号,以实现对空闲链路的充分利用。考虑PLC对数正态信道衰落和伯努利-高斯噪声,分析在时延受限应用场景下该策略的系统吞吐量性能,并将传统协作NOMA和正交多址接入传输方案的系统性能分析选作对比基准,然后进行仿真。仿真结果则验证了该传输策略的优越性,并揭示了脉冲噪声、中继位置等关键参数的影响。其次,进一步利用空间分集来增强系统可靠性,研究多中继协作NOMA PLC系统及机会中继选择机制。而为了避免系统在固定用户排序及信号功率分配下对时变信道适应性差的问题,同时提升能效,缓解电磁辐射问题,提出基于最大加权调和平均的PLC协作NOMA机会中继选择方案。该方案在译码转发和放大转发两中继协议下,根据各用户的服务质量（Quality of Service,Qo S）要求并利用瞬时信道状态信息（Channel State Information,CSI）动态调整用户排序及其信号功率分配,然后以最小化系统功耗为准则选取最优中继。系统的中断、吞吐量性能分析及闭式表达式推导在受脉冲噪声干扰的PLC对数正态衰落信道下给出。最后的仿真实验结果验证了该方案的优越性。然后,为保障通信安全,研究PLC协作NOMA传输时的PLS问题。在外部窃听场景下并考虑串行干扰消除（Successive Interference Cancellation,SIC）非完美的影响,提出基于人工噪声（Articifical Noise,AN）辅助的安全传输策略及安全性能优化方法。让中继在转发机密NOMA信号时发送AN信号,以恶化窃听。为综合评估系统在该AN安全机制下的可靠性和安全性,分析各用户的有效安全吞吐量及其渐进性能。为提升安全性能,则进一步分析各机密信号的安全中断概率（Secrecy Outage Probability,SOP）,然后在SOP、功率等约束下优化机密信号的冗余速率及其与AN信号间的功率分配来最大化系统的安全和速率。应用免模型深度强化学习（Deep Reinforcement Learning,DRL）方法实时求解该非凸优化问题,并应用策略分层思想,同时合理设计DRL状态和及时收益,给出分层DRL算法。最后的仿真实验验证了所提方案的优越性,也评估了SIC非完美的影响。最后,研究协作NOMA PLC系统在多中继非可信恶劣窃听场景下的PLS问题,并考虑CSI非完美的影响,提出基于DRL的PLC非可信中继协作NOMA鲁棒安全传输方案。让源节点传输机密NOMA信号时使用部分功率发送AN信号,以混淆不可信中继的窃听;然后为最大化系统的安全和速率性能,在各用户Qo S及非完美CSI引入的信道不确定性等约束下构建鲁棒安全中继选择和功率分配问题。为实时求解该复杂的联合优化问题,避免依赖系统模型,同时应对网络规模变动,则提出基于量化CSI的分层DRL算法。该算法采用策略分层思想将联合优化问题分解,然后利用深度Q网络在分解的动作空间里学习各子问题的最优策略。DRL状态和动作则基于量化CSI的区间索引设计,算法结构独立于通信网络规模。仿真实验验证了该DRL鲁棒安全传输方案的优越性。