摘要
随着第五代(the Fifth Generation, 5G)移动通信技术的蓬勃发展，无线网络覆盖的范围越来越大，传输速率不断提升。与此同时，频谱资源变得日益紧缺，而非正交多址接入技术(Non-Orthogonal Multiple Access, NOMA)具有提高频谱效率、降低传输延迟的潜力，因此成为5G以及未来第六代(the Sixth Generation, 6G)移动通信网络中重要多址接入技术之一。 由于通信网络中接入设备成倍增加，系统通信质量问题随之出现，协作通信技术借助中继节点进行辅助通信，能够对抗信道衰落、扩大通信范围、提高分集增益，从而改善系统的可靠性能。但面对窃听技术的肆意发展，协作系统无法抵御无穷尽的窃听攻击。而中继协议之一的修改转发(Modify-and-Forward, MF)是一种新型物理层技术，其基本思想是利用无线信道特性，对中继节点的解码信息修改后再转发，避免合法信息泄露到窃听节点，可提高协作通信系统的安全性。 因此，为了提高5G通信网络的通信质量以及系统安全性，本文考虑将NOMA与MF协作通信技术相结合以充分发挥两者在通信网络上的优势。具体研究内容如下： （1）针对协作通信网络中多用户通信安全以及频谱利用率低问题，本文给出了MF中继协议与NOMA技术相结合的方案，研究NOMA-MF协作通信系统的物理层安全(Physical Layer Security, PLS)特性。为了对比分析，考虑应用解码转发(Decode-and-Forward, DF)协议，研究NOMA-DF的系统性能。同时，推导出了系统的安全中断概率(Secrecy Outage Probability, SOP)、严格正保密容量(Strictly Positive Security Capacity, SPSC)、中断概率(Outage Probability, OP)和窃听概率(Intercept Probability, IP)的表达式以评估系统性能。理论分析及仿真结果表明，所提出的NOMA-MF方案在提高系统的安全性能方面更具有优势。另外，在仿真部分还分析了近端用户的功率分配系数对系统性能的影响。 （2）考虑实际通信场景以及为了进一步节约频谱和时隙资源，本文给出了非理想连续干扰消除(Successive Interference Cancellation, SIC)双向中继(Two-Way Relay, TWR)下的NOMA-MF方案。为保障通信质量，考虑采取多中继方案，但结合实际，选择中继时最佳中继可能会由于某些机制问题不能被利用，故考虑采用第K优中继选择方案。为了表征系统性能，给出了系统中两用户的OP、IP和SOP的表达式，并对比分析了NOMA-DF系统的相关表达式。理论分析及仿真结果表明，所提方案性能更好，并更具有现实意义。另外，仿真部分还分析了SIC系数以及近端用户的功率分配系数对于系统性能的影响。
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