Non-orthogonal multiple access (NOMA) and spectrum sharing (SS) are two emerging multiple access technologies for efficient spectrum utilization in future wireless communications standards. In this paper, we present the performance analysis of a NOMA-based cooperative relaying system (CRS) in an underlay spectrum sharing scenario, considering a peak interference constraint (PIC), where the peak interference inflicted by the secondary (unlicensed) network on the primary-user (licensed) receiver (PU-Rx) should be less than a predetermined threshold. In the proposed system the relay and the secondary-user receiver (SU-Rx) are equipped with multiple receive antennas and apply selection combining (SC), where the antenna with highest instantaneous signal-to-noise ratio (SNR) is selected, and maximal-ratio combining (MRC), for signal reception. Closed-form expressions are derived for the average achievable rate and outage probabilities for SS-based CRS-NOMA. These results show that for large values of peak interference power, the SS-based CRS-NOMA outperforms the CRS with conventional orthogonal multiple access (OMA) in terms of spectral efficiency. The effect of the interference channel on the system performance is also discussed, and in particular, it is shown that the interference channel between the secondary-user transmitter (SU-Tx) and the PU-Rx has a more severe effect on the average achievable rate as compared to that between the relay and the PU-Rx. A close agreement between the analytical and numerical results confirm the correctness of our rate and outage analysis.

中文翻译：

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峰值干扰约束下基于 NOMA 的协作中继的频谱共享的基本限制

非正交多址 (NOMA) 和频谱共享 (SS) 是两种新兴的多址技术，可用于未来无线通信标准中的高效频谱利用。在本文中，我们介绍了基于 NOMA 的协作中继系统 (CRS) 在底层频谱共享场景中的性能分析，考虑到峰值干扰约束 (PIC)，其中次要（未授权）网络对网络造成的峰值干扰主用户（许可）接收器 (PU-Rx) 应小于预定阈值。在所提出的系统中，中继器和次用户接收器 (SU-Rx) 配备多个接收天线并应用选择组合 (SC)，其中选择具有最高瞬时信噪比 (SNR) 的天线，并且最大比合并 (MRC)，用于信号接收。为基于 SS 的 CRS-NOMA 的平均可实现速率和中断概率导出封闭式表达式。这些结果表明，对于较大的峰值干扰功率值，基于 SS 的 CRS-NOMA 在频谱效率方面优于具有传统正交多址 (OMA) 的 CRS。还讨论了干扰信道对系统性能的影响，特别是表明次用户发射机（SU-Tx）和 PU-Rx 之间的干扰信道对平均可实现的影响更为严重。与继电器和 PU-Rx 之间的速率相比。分析和数值结果之间的密切一致性证实了我们的速率和中断分析的正确性。这些结果表明，对于较大的峰值干扰功率值，基于 SS 的 CRS-NOMA 在频谱效率方面优于具有传统正交多址 (OMA) 的 CRS。还讨论了干扰信道对系统性能的影响，特别是表明次用户发射机（SU-Tx）和 PU-Rx 之间的干扰信道对平均可实现的影响更为严重。与继电器和 PU-Rx 之间的速率相比。分析和数值结果之间的密切一致性证实了我们的速率和中断分析的正确性。这些结果表明，对于较大的峰值干扰功率值，基于 SS 的 CRS-NOMA 在频谱效率方面优于具有传统正交多址 (OMA) 的 CRS。还讨论了干扰信道对系统性能的影响，特别是表明次用户发射机（SU-Tx）和 PU-Rx 之间的干扰信道对平均可实现的影响更为严重。与继电器和 PU-Rx 之间的速率相比。分析和数值结果之间的密切一致性证实了我们的速率和中断分析的正确性。还讨论了干扰信道对系统性能的影响，特别是表明次用户发射机（SU-Tx）和 PU-Rx 之间的干扰信道对平均可实现的影响更为严重。与继电器和 PU-Rx 之间的速率相比。分析和数值结果之间的密切一致性证实了我们的速率和中断分析的正确性。还讨论了干扰信道对系统性能的影响，特别是表明次用户发射机（SU-Tx）和 PU-Rx 之间的干扰信道对平均可实现的影响更为严重。与继电器和 PU-Rx 之间的速率相比。分析和数值结果之间的密切一致性证实了我们的速率和中断分析的正确性。