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第五代移动通信（Fifth Generation Mobile Communication,5G）技术的发展加速了万物互联目标的实现,同时也加速了物联网（Internet-of-things,Io T）技术的应用和第六代移动通信（Sixth Generation Mobile Communication,6G）技术的发展。大规模连接是现在以及未来无线通信网络的重要特征,每平方公里数以万计智能设备的连接给通信系统带来了三个方面的挑战:高能耗、高硬件成本和频谱资源短缺。非正交多址接入（Non-Orthogonal Multiple Access,NOMA）技术作为5G中的关键技术之一,受到了学术界和工业界的广泛关注。NOMA可以实现大规模连接、高频谱效率和低时延的需求。研究表明,协作通信与NOMA技术的结合可以有效地提高频谱效率和能量效率,扩大网络覆盖范围,有利于绿色通信的实现。与此同时,环境反向散射通信（Ambient Backscatter Communication,Am BC）技术由于其低成本、低功耗的特点被认为是绿色Io T中一项有前途的技术,该技术利用环境中的信号进行信息传输,不需要额外的频谱资源,从而提高频谱效率、节约运行成本。传统的协作NOMA和Am BC-NOMA系统的研究通常是假设收发器射频前端配备了理想组件,然而,在实际通信场景下,由于元件的不匹配和收发端制造的非完美,系统会受到同相/正交相（In-phase and Quadrature-phase,I/Q）非平衡的影响,这将限制整个系统的性能。因此,研究非理想条件下的通信系统性能及传输方案具有极大的理论和实际意义。另一方面,信息安全传输是Io T的另一个迫切需求。随着物联网的发展,其应用将涉及人类生活的方方面面,但同时也将隐私和秘密暴露在无线电空间中。由于无线传播的广播性质,信息很容易被窃听,这给安全传输带来了严峻的挑战,尤其是在NOMA系统和Am BC系统中。物理层安全（Physical Layer Security,PLS）技术提供了一种不引入额外延时和消耗大量通信资源的传输安全增强方案。使用PLS技术保护Io T应用中的信息安全已经引起了广大研究人员的极大兴趣。鉴于此,本文在NOMA系统的基础上,首先,结合多天线技术来提高系统的性能,研究了I/Q非平衡对多用户NOMA系统的可靠性和安全性的影响;其次,结合协作通信技术来提高能量效率,并推导了中断概率（Outage Probability,OP）、窃听概率（Intercept Probability,IP）的解析表达式以及相应的高信噪比（Signal-to-Noise Ratio,SNR）下系统的渐近表达式;再次,结合Am BC技术来提高通信网络的频谱效率,分析了系统参数和I/Q非平衡参数对系统性能的影响;最后,针对Am BC-NOMA系统,提出了一种人工噪声方案以提高系统的安全性,并讨论了残余硬件损伤（Residual Hardware Impairments,RHIs）、信道估计误差（Channel estimation errors,CEEs）和非完美串行干扰消除（imperfect Successive Interference Cancellation,ip SIC）对系统可靠性和安全性的影响。主要的研究内容如下:（1）考虑I/Q非平衡的条件,研究了多用户NOMA系统的PLS性能。该系统中合法用户和窃听处都配备多根天线,为了提高所考虑系统的性能,考虑在接收端采用选择合并（Selection Combining,SC）天线选择方案。特别地,推导了OP和IP的解析表达式。为了获得更多关于I/Q非平衡参数和系统参数对系统可靠性和安全性的影响,讨论了NOMA系统在高SNR条件下OP的渐近行为和分集增益。（2）为了进一步提高频谱效率、增强网络覆盖,将协作通信技术引入到NOMA系统中。考虑I/Q非平衡,建立协作NOMA系统模型,在中继处采用解码转发（Decode-and-Forward,DF）协议。分析协作NOMA系统的OP和IP,推导出相应的精确解析表达式,并探讨了高SNR区域下的渐近OP和高主窃听比（Main Eavesdropping Ratio,MER）下的渐近IP以获得更深的见解。（3）研究基于I/Q非平衡下的系统安全性能,提出将Am BC技术和NOMA技术相结合以达到节能、节耗的需求。分析了Am BC-NOMA系统的可靠性和安全性,推导出OP和IP的解析表达式,并对系统参数、I/Q非平衡参数和反射系数对OP和IP的影响进行了详细的讨论。（4）在Am BC-NOMA系统的基础上,研究RHIs对网络性能的影响。为了使所研究的系统更为实际,假设存在CEEs和ip SIC,并对这三个非理想因素对系统性能的影响进行了详细的分析。为了进一步提高所考虑系统的安全性,提出了一种人工噪声方案,即射频源作为干扰器将干扰信号发送给合法的接收方和窃听者。在此基础上,分析了RHIs、CEEs和ip SIC这三个非理想因素对OP和IP的影响,并对其渐近行为和分集增益进行了推导。图36幅,表3个,参考文献89篇。