第五代(Fifth Generation,5G)移动通信网络的数据速率需求呈指数增长,迫切需要大量的频谱资源。可用的频谱资源被固定分配,固定分配的频谱资源并没有被充分的利用。认知无线电技术是解决日益增长的无线应用需求和固定的静态频谱分配导致的频谱资源没有充分利用问题的一种技术解决方法。同时,非正交多址接入(Non-orthogonal Multiple Access,NOMA)技术正在成为用于5G移动网络频谱上最先进的技术,其中每一个频谱资源可以同时同频服务多个用户,但是每个用户被分配不同的功率。NOMA技术引入到认知无线中为了提高频谱的利用效率也成为一种可能。正交频分复用(Orthogonal Frequency-division Multiplexing,OFDM)技术将频谱资源分成多个子载波,从而让进行移动通信的用户更加灵活的使用频谱资源。本文将认知无线电、NOMA和OFDM技术相结合以提高对频谱资源的利用效率。本文提出一种基于用户间合作方式NOMA认知无线电系统,利用次级用户(Second User,SU)作为中继与主用户(Primary User,PU)配对合作。当PU不在基站(Base Station,BS)服务范围以内或者信道状态不好而SU与BS和SU与PU之间的信道状态很好的情况下,SU可以被选择做中继与PU采用合作的方式完成PU和SU的信息传输。采用合作NOMA认知无线电传输分为两个阶段。在第一个传输阶段,BS通过把PU和SU的信息采用NOMA策略传输给作为中继的SU,SU采用串行干扰消除技术先解码PU用户的信息,然后再解码SU信息同时完成SU的信息传输。在第二个传输阶段,SU用户通过直接传输方式向PU传输PU信息完成PU的信息传输。这种合作NOMA认知无线电系统不仅提高了系统频谱的利用效率,而且是一种同时提高SU和PU传输速率的双赢策略。针对多SU-多PU和多载波的合作NOMA认知无线电系统,需要根据用户的信道条件对PU和SU进行动态的资源分配,从而对系统容量进行最大化。本文首先采用匹配算法进行子载波分配以及PU和SU之间的用户配对,然后采用DC(Difference of Convex)算法对每个子载波上PU和SU的功率进行分配提高了每个子载波上PU和SU的合作数据码率,进而提高了系统的频谱资源利用效率。与传统的多载波认知无线电中继系统相比,本文提出的多SU-多PU的合作多载波NOMA认知无线电系统显著地提高了频谱效率。