摘要
近年来，随着无线通信技术的不断发展，地面通信网络在提高通信速度和提升服务质量等方面都取得了可观的成就。然而，地面网络通常都部署在人口密集的发达地区，在人烟稀少的沙漠、海洋或其它由于地理因素不能建立基站的区域却仍然无法保证可靠的通信。在这种情况下，卫星通信凭借广覆盖、大容量、传输距离长、高可靠性等特点成为了解决上述问题的一种有效途径。但是卫星信号在传递的过程中可能会受到树木、建筑物或其它障碍物的阻挡而产生阴影效应，使得卫星与用户之间的视距传输不稳定，因此通常采用在地面部署中继的方案来提高通信的可靠性。在现有的相关工作中，多数研究采用的是半双工的中继工作模式，在此模式下，中继接收和发送信号不能同时进行，导致无线频谱效率低下。而全双工（Full Duplex，FD）的中继工作模式可以在同一时频下接收和传递信号，是改善频谱效率的有效技术之一。此外，非正交多址接入（Non-Orthogonal Multiple Access,NOMA）技术支持在同一频率下为多个用户提供服务，在提高频谱利用率与通信容量上有突出的表现。因此，本文将卫星通信与NOMA技术相结合，在FD中继模式下研究了混合卫星-地面通信网络的系统性能。主要的研究内容如下: （1）研究了FD中继模式下的混合卫星-地面NOMA通信网络的系统性能。在所考虑的系统中，卫星采用NOMA策略将两个用户的叠加信号传递给FD中继，同时该中继对信息进行解码并转发给两个用户。在考虑卫星信道和地面信道分别经历Shadowed-Rician衰落和Nakagami-m衰落的场景以及FD中继存在残余自干扰（Self-Interference,SI）的情况下，推导了两个用户的精确和渐近的中断概率（Outage Probability,OP）表达式，并利用蒙特卡洛仿真对理论表达式的正确性进行了验证。此外，还分析了卫星信道阴影严重程度、功率分配系数和残余SI系数等参数对系统中断性能的影响。 （2）研究了在多天线场景下的混合卫星-地面NOMA通信网络的系统性能。为了对抗信号在传输过程中的衰落，在研究内容（1）的基础上考虑了空间分集技术，即在卫星和用户节点处均配备多根天线，卫星端采用最大比传输协议向FD中继传递NOMA信号，与此同时，FD中继依据解码转发协议将信号转发给两个用户，最后用户通过最大比合并策略对接收到的信号进行处理。在考虑使用不完美串行干扰消除（Successive Interference Cancellation，SIC）技术处理 NOMA 信号和采用固定功率分配的方案下，推导了两个用户的精确和渐近OP表达式，分析了天线数量、不完美SIC因子等参数对中断性能的影响。此外，还进一步考虑了自适应功率分配方案，并推导出了最佳功率分配系数的表达式。同时，也在延迟限制传输模式下分析了整个系统的吞吐量，最后利用蒙特卡洛仿真验证了表达式的正确性。
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