【摘 要】
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随着移动用户数量的激增和业务类型的增加,有限的无线电频谱资源将难以满足未来海量的数据服务需求.将非正交多址（non-orthogonal multiple access,NOMA）技术融合到认知无线电网络（cognitive radio networks,CRNs）中形成的CRNOMA网络具有缓解频谱稀缺和提升频谱利用效率的潜力.设计优越的协作通信方案对CR-NOMA网络的系统性能的改善至关重要.
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随着移动用户数量的激增和业务类型的增加,有限的无线电频谱资源将难以满足未来海量的数据服务需求.将非正交多址（non-orthogonal multiple access,NOMA）技术融合到认知无线电网络（cognitive radio networks,CRNs）中形成的CRNOMA网络具有缓解频谱稀缺和提升频谱利用效率的潜力.设计优越的协作通信方案对CR-NOMA网络的系统性能的改善至关重要.本文以提升频谱效率为背景,在干扰功率约束下研究CR-NOMA网络的自适应中继选择问题,以提升系统吞吐量、降低中断概率.具体工作如下:首先,本文从NOMA系统基本概念出发,分析了叠加编码和串行干扰删除（successive interference cancellation,SIC）技术的基本原理,用数学语言描述了几种经典的NOMA系统和underlay与overlay频谱共享模式下的CR-NOMA网络的系统模型和建模基础.其次,针对underlay频谱共享模式下的CR-NOMA网络,研究了其自适应中继选择和功率分配问题.在次级网络中,采用专用中继辅助和用户辅助来实现基站与远（近）用户之间的通信.提出了一种两阶段自适应中继选择和功率分配策略,在保证近端用户服务质量的同时,最大限度地提高远端用户可实现的数据速率.进一步推导了两个次用户在干扰功率约束下的中断概率的闭合表达式,揭示了发射功率、中继数、干扰阈值和目标数据率对次级系统中断概率的影响.再次,为了降低NOMA系统在重传过程中出现的不必要的时延浪费,弥补因SIC造成的系统吞吐量损失,构建了一个认知-混合-NOMA/OMA（cognitive radiohybrid-NOMA/OMA,CR-H-NOMA/OMA）系统.通过考虑两个次用户和中继的接入模式可在NOMA和OMA中切换,提出了Hybrid NOMA/OMA协作机制.针对次用户解码初始信号的状态,分别分析并讨论不同状态下的最佳中继选择策略.选择一个或两个从自身到目的用户之间具有最佳信道质量的中继,使用截断的自动重传请求（truncated automatic repeat request,T-ARQ）仅重传次用户期望的信号而不是整个叠加信号.此外,通过分析次级网络中信号在每个终端节点的可实现速率,在主网络的干扰约束下讨论了次级网络的中断概率和系统吞吐量.最后,通过MATLAB进行数值分析和仿真.数值结果和仿真结果证实了所提出的自适应两阶段中继选择和功率分配策略的优越性.与Pure NOMA方案相比,所提出的Hybrid NOMA/OMA协作方案表现出更好的中断性能和吞吐量性能.此外,在主网络的干扰功率约束下,次级系统的中断概率和吞吐量随着次级发射功率增加都会趋于稳定.
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