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无线通信网络与智能化技术的融合能更好地赋能网络。智能化技术的应用已深入到方方面面,通常可归纳为以下四类:难以建模问题、难以求解问题、检测和估计问题,以及采用统一模式实现问题。目前流行的智能化技术包括:启发式算法及其各种改进算法、基于经济学理论的博弈论方法、强化学习和深度学习等。针对不同类型的问题,深入研究具体无线通信场景下各种智能化技术应用具有重要意义。正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)技术和多输入多输出(Multi-Input Multi-Output,MIMO)技术是宽带无线通信的关键技术,本文着重研究在OFDM或MIMO技术背景下,智能化技术的应用对系统性能提升的表现,具体的研究内容和主要贡献如下:(1)研究了正交频分多址接入(Orthogonal Frequency Division Multiple Access,OFDMA)异构蜂窝网络混合接入模式下接入机会(Access Permission,ACP)的诚信双向拍卖机制。首先证明设计这种拍卖机制的挑战在于满足其经济属性。经济属性是指诚信属性(truthfulness)、个体理性属性(individual rationality)及收支平衡性(budget balance)。其次考虑多个毫微微基站(又称之为飞小区基站)和多个有接入需求宏用户的双边场景,设计双边拍卖使得多个飞小区基站能将ACP交易给多个宏用户,由此提出一种诚信的接入机会双向拍卖机制(Truthful Double Auction for access Permission allocation,TDAP),通过分析证明TDAP满足经济鲁棒性且符合计算复杂度要求。更重要的是,通过大量的仿真实验证明了TDAP相比以往相关拍卖机制来说,提高了拍卖的有效性,从而提高了异构网络的接入效率,有助于减轻系统拥塞,提高网络覆盖。(2)研究了OFDMA异构蜂窝网络中接入机会的抵制假名投标拍卖问题。现有相关拍卖机制大多是满足诚信属性的,然而这些拍卖机制会受到一种新型的作弊行为——假名投标(False Name Bids,FNB)的影响,即投标人利用多个假身份参与拍卖操纵拍卖结果。这种作弊行为能提升作弊者的效用,但会降低拍卖商的收益。针对此情况,本文在ACP拍卖中考虑假名投标防范机制,提出了一种容易实现的有效抵制假名投标机制(False-name-proof Mechanism for ACP Transaction,FMAT),此机制不仅满足诚信属性,而且能有效抵制假名投标这种作弊行为,保证了整个双层异构网络的接入效率。此外证明了FMAT满足多项式时间复杂度,其复杂度开销要小于大多数目前用于飞小区接入控制的诚信拍卖机制。(3)研究了OFDMA多播网络中一种低复杂度资源优化分配算法,此算法能在系统容量和用户比例公平性要求之间获得折衷。这个问题的难点在于解决严格比例约束下的非凸优化问题。针对这种情况,本文首先提出了约束条件下的团队进步算法(Constrained Team Progress Algorithm,CTPA),根据实际信道增益和比例约束条件灵活分配子信道。接着基于子信道分配方案,设计一种映射功率控制方案(Mapping Power Algorithm,MPA),利用功率和信道容量之间的映射关系,严格保证了多播组间数据速率的比例公平性。最后从复杂度、公平性和有效性三方面分析CTPA-MPA的性能优势。(4)研究了运用多智能体强化学习思路改进的蚁群系统算法解决OFDMA异构蜂窝网络中的功率控制问题,提出了一种分布式功率控制方案。在共享频谱资源的OFDMA异构蜂窝网络中,优先保证宏蜂窝容量约束的前提下,采用Q学习思路改进的蚁群系统功率控制算法(Q-Ant Colony System for Power control,QACSP),赋予飞小区基站简单的学习能力,通过分布式的多智能体强化学习方案实现对飞小区基站的功率控制,使飞小区能够通过合作学习方式,以较小的计算复杂度,获得系统容量的最大化。(5)研究了MIMO干扰信道中的干扰对齐问题,提出了两种尽力而为的智能化干扰对齐(Best-Effort Interference Alignment,BEIA)方案。当每个“发射—接收”传输对都有固定数量的数据流时,基于可行性条件选取最大维度的干扰信号在接收端对齐。考虑到不是所有干扰信号都能在每个接收端完全对齐,推导出其平均吞吐量的上限。通过仿真可知,在中低信噪比区域,相比于时分多址接入(Time Division Multiple Access,TDMA)和簇干扰对齐(Cluster Interference Alignment,CIA)方案,本文所提方案的吞吐量性能更优越,而在用户平均吞吐量和用户最小吞吐量性能方面,基于“最大—最小”相对干扰距离的对齐方案比均等干扰发射端数目的干扰方案更优越。