为了克服众多新兴物联网应用中,爆炸式增长的数据传输量和网络连接数量与有限的带宽资源之间的矛盾,提出新型多址接入技术从而大幅度提高日益匮乏的频谱资源的效率,是第五代移动通信系统需要解决的关键问题。非正交多址接入机制（Non-Orthogonal Multiple Access,NOMA）在频谱效率、系统容量、接入密度方面都有巨大的潜在优势。另外,协作通信可以有效削弱信道的衰落效应,改善通信可靠性。带内全双工技术利用中继节点收发两端同时共享带宽资源的通信模式,可有效改善频谱效率。综上,本文围绕高频谱效率的全双工协作非正交多址接入机制进行深入研究。智能医疗、智能车辆等物联网应用场景都有实时数据收集需求。本文考虑此类应用下的中继协作实时类数据收集场景及其节点业务。具体来说,实时类机器类设备（Machine Type Communication Device,MTCD）依靠网络中的其它非实时类MTCD作为中继节点协助自己向基站上传收集到的实时数据。当前为这些实时类MTCD提供网络连接的技术属于正交多址接入机制（Orthogonal Multiple Access,OMA）,协助实时类MTCD通信的中继节点（即非实时类MTCD）采用的是半双工模式。然而,这种传统的协作正交多址接入机制（Cooperative OMA,COMA）未能充分利用实时类MTCD工作频段内客观存在的空闲频段;受实时类MTCD低目标数据传输速率的限制,该COMA机制的频谱效率较低;半双工模式损耗了COMA协作机制本应带来的系统容量增益。基于此,本文利用信道忙闲状态检测、NOMA以及带内全双工（Full-Duplex,FD）技术解决传统机制的上述三个问题,以期提高频谱效率。主要研究内容如下:第一,信道忙闲状态信息辅助的全双工协作非正交多址接入机制。本文利用信道忙闲状态检测、NOMA和带内全双工等技术,解决传统COMA机制系统资源利用率不高的问题,在基于单中继节点的协作NOMA（Cooperative NOMA,CNOMA）系统架构下,提出一种信道忙闲状态信息辅助的FD-CNOMA机制,从而为实时数据收集场景下频谱资源的高效利用提供一种有效的传输方式。为了评估所提机制的性能并为参数优化提供理论支撑,本文在非理想自干扰抑制假设下,推导平均速率、空间复用增益、中断概率、分集增益和系统吞吐量的闭合表达式。第二,面向不同业务优先级的用户功率分配方法。本文提出信道忙闲状态信息辅助的单中继FD-CNOMA机制下的功率分配方法。和已有方案不同,本文考虑到智能医疗、智能车辆等实际应用场景中实时类MTCD的位置和时隙具有随机性和不确定性,因而做出实时类MTCD的位置服从均匀随机分布的假设。在该假设下建立功率优化模型。优化目标是在满足实时类MTCD中断性能需求的前提下,最大化中继节点（即非实时类MTCD）的平均速率,从而在兼顾这两类MTCD的不同业务特征以及优先级差异的同时,提高系统整体频谱效率。随后对建立的模型进行近似简化,利用凸优化理论解决该问题。第三,具有动态用户功率分配的中继传输选择策略。本文在信道忙闲状态信息辅助的多中继FD-CNOMA机制中,提出能够实现如下目标的中继选择策略。在保证实时类MTCD信号成功上传给基站的前提下,最大化中继节点（即非实时类MTCD）平均速率,从而在优先确保实时类MTCD信号可靠传输的同时,改善中继节点传输的有效性,提升系统整体频谱效率。和现有功率分配结果固定不变的中继选择策略不同,为了更充分利用功率资源,本文提出一种可以依据可变信道状态信息动态地调整功率分配系数,在中继选择的同时也对功率进行优化的中继选择策略。