移动智能设备的日益普及和多媒体业务的广泛应用驱动着网络架构不断演进。在所设计的架构中,云无线接入网（Cloud Radio Access Network,C-RAN）以其高效的资源管理受到了广泛关注。具体地,C-RAN将传统基站的处理功能迁移到集中式资源池中,使用结构简单的无线远端射频头（Remote Radio Head,RRH）替代高消耗的基站作为接入节点,采用协作多点技术实现与用户之间的通信。然而RRH的密集化部署加剧了前传链路的负担,使其成为制约C-RAN提升网络容量的主要瓶颈。边缘缓存技术可以预先存储部分可重复利用的流行内容,缓解前传链路压力。为了提升多用户系统的频谱利用率,速率分拆（Rate Splitting,RS）多址技术被提出。在解码目标信号时,RS可以解码部分干扰同时将部分干扰视为噪声。鉴于此,本文针对缓存辅助的C-RAN（Cache-Enabled C-RAN,C~2-RAN）在内容交付过程中的传输速率饱和、信息传输安全和前传容量受限等问题,研究基于RS的传输方案及其资源分配算法。本文的主要工作和创新点总结如下:（1）基于速率分拆的多组多播系统资源分配策略针对C~2-RAN内容交付场景,基于RS提出了多组多播内容分发方案。在前传容量和RRH传输功率约束下,研究了RRH调度、多播预编码向量及公共速率分配的联合处理算法最大化用户公平性速率。为求解建模形成的离散非凸问题,提出了两种迭代优化算法并分析了算法的收敛性、最优性和复杂度。其一是利用伍德伯里矩阵恒等式、一阶泰勒展开和迭代权重的（?）2范数构造代理函数,将问题转化为凸问题后设计的迭代算法。其二是利用二次型变换（Quadratic Transform,QT）方法构造代理函数,设计的局部最优的双层轮换迭代优化算法。该算法利用凸优化和闭式表达式分别求解内层和外层问题。仿真结果表明,相比于传统的分发方案,RS提高了内容交付速率;相比于半正定规划算法,提出的两种算法可以显著降低算法运行时间并保证网络性能。（2）基于速率分拆的物理层安全传输方案设计及性能优化针对C~2-RAN信息安全传输问题,基于RS提出了一种新型的物理层安全传输方案。该方案双重利用了RS的公共信息流,即在对合法用户是有用信息的同时可以充当人工噪声削弱非法用户的窃听能力。在确保公共信息流可以充当人工噪声的前提下,研究了RRH调度、预编码设计、公共速率分配和公共保密速率分配的联合处理算法优化用户保密速率的公平性,但是建模形成的问题涉及两个对数函数的差值和变量的耦合,难以求解。为此,本文利用QT方法为非凸的限制条件构造代理函数并设计双层轮换迭代优化算法求解重构后的问题。仿真结果表明,所提出的方案优于人工噪声辅助的物理层安全传输方案,所设计的算法相比于半正定规划算法和连续凸近似算法实现了3.15 bps/Hz的性能增益。（3）D2D增强的异构网络中基于速率分拆的干扰管理研究针对设备直连（Device-to-Device,D2D）增强的多子载波异构C~2-RAN内容交付场景,基于RS提出了一种干扰管理方案,研究了蜂窝用户分组、D2D子载波分配、RRH调度、预编码和公共速率分配的联合处理算法最大化网络的和速率。为求解形成的组合优化问题,本文将其拆分为蜂窝用户分组、D2D子载波分配、稀疏预编码设计与资源分配三个子问题。针对第一个子问题,在证明组内的用户应具有较低信道相似性的基础上,提出了贪婪搜索算法和确保公平性的二分加速搜索算法;将第二个子问题建模为具有同群效应的多对一匹配问题,然后利用GS（Gale-Shapley）算法获得初始的匹配状态,利用交换操作克服匹配中的同群效应并输出双边稳定的匹配结果;采用QT方法构造代理函数并设计双层轮换迭代优化算法求解第三个子问题。结合所设计的子算法提出了一种总的迭代优化算法求解原组合优化问题。仿真结果验证了所提传输方案和算法的优越性。（4）双层速率分拆多址系统中的MRRH协作传输机制研究针对C~2-RAN内容交付场景,提出了大RRH（Macro RRH,MRRH）协作传输机制和双层RS内容分发方案,其中MRRH协作传输机制旨在为普通RRH提供请求未缓存内容的备用方案,缓解前传链路负担。为最小化内容分发时延,研究了用户分组、RRH解码顺序、RRH调度、预编码设计及公共速率分配的联合处理算法。为求解建模形成的离散非凸问题,将其拆分为三个子问题。第一个子问题是设计用户分组降低组内干扰。为此,将用户信道相似性、用户请求内容长度、用户之间请求内容长度的差异三个因素考虑在内,设计了低复杂度的用户分组算法。第二个是优化RRH解码顺序降低广播链路时延。为此,通过实时地计算广播链路时延,设计了全局最优的RRH解码顺序动态更新算法。第三个是联合优化稀疏预编码矩阵、前传链路带宽资源与公共速率分配降低内容分发时延。为此,将QT方法泛化至可求解预编码矩阵的分式规划问题,然后构造代理函数并设计双层轮换迭代优化算法。结合上述子算法,提出了一种总的迭代优化算法求解原非凸问题。仿真结果表明,提出的协作传输方案可以在无可用前传容量的情况下阻止网络传输中断,且所提算法相比于已有算法降低了内容分发时延。本文共有图36幅,表8张,参考文献156篇。