随着移动业务的发展,终端数目大量增长,能源消耗迅速增大,这对无线系统容量、通信质量、电池寿命等都提出了更高的要求。协作中继通信可以提高系统容量,有效解决蜂窝网络边缘弱覆盖的问题,能量采集技术可以有效利用环境能量,实现绿色通信,因此基于能量采集的协作中继系统已经成为研究热点,如何设计合适的资源分配方案以充分利用采集的能量提高系统通信质量是非常重要的。本文以具有能量采集功能的多中继协作通信系统作为研究对象,考虑中继不同的能量采集方式,对系统吞吐量、中断概率和能效等性能进行了理论和仿真分析,并对系统的资源分配算法进行了优化。本文主要研究内容及创新点如下:（1）针对具有能量缓存和数据缓存功能的多中继协作通信场景,提出了中继对选择和功率分配的联合优化算法。在能量因果、能量容量、数据因果和数据容量的约束下,构建了系统吞吐量最大化问题。为解决该NP-hard问题,将优化问题分为两个子问题,第一个子问题为中继对选择问题,采用迭代方法确定当前时隙最优发射中继和接收中继;第二个子问题为中继发射功率优化问题,利用拉格朗日乘子迭代法得到最优发射功率。仿真结果表明,提出的最优中继对选择机制能够有效提高系统吞吐量性能。（2）对基于SWIPT能量采集的两跳半双工中继系统性能进行了分析,提出了一种能量阈值和功率分割因子联合优化算法。其中中继具有能量采集和存储功能,并结合自适应AF/DF（Amplify-Forward/Decode-Forward）传输策略和TS-PS（Time Switching-Power Splitting）协议,中继选择方案分别为能量最优选择（Energy Optimal Select,EOS）、信道增益最优选择（Gain Optimal Select,GOS）以及能量和信道增益最优选择（Energy and Gain Optimal Select,EGOS）。基于有限状态马尔可夫链对每个中继的能量到达和使用状态进行建模,并得到了能量转移稳态矩阵,利用高斯-切比雪夫公式推导了系统中断概率的解析表达式。构建了EOS和GOS方案下通过优化功率分割比使得通信中断概率最小化的优化模型和EGOS方案下联合优化能量阈值和功率分割比使得通信中断概率最小化的优化模型,分别采用黄金分割的一维搜索和二维搜索算法获得最优解。仿真结果表明,EGOS的中继选择方案是三种方案中最优的,并且分析了源节点发射功率、最低传输速率、中继位置等参数对中断性能的影响。（3）考虑非线性能量采集模型,针对两跳半双工中继系统中多中继协作转发场景,提出了一种基于非线性能量采集的功率分配算法。为降低复杂度,采用分段线性模型近似非线性模型,在能量因果、传输速率和多中继总发射功率限制的约束下,构建了通过联合优化中继发射功率和功率分割比使得系统能效最大化的优化模型。能效最大化问题是一个非线性分数规划问题,首先将该问题解耦为单中继概率优化问题,基于Dinkelbach迭代算法对单中继功率进行优化分配,并证明了迭代化简后的优化问题是一个凸规划问题。针对不同的能量采集模型折线,分别得到对应的联合优化问题的简化表达式,利用单调性、拉格朗日乘子法、KKT条件和卡尔丹公式等数学方法求闭式解。仿真结果表明,在能量采集中继系统中,多中继系统能效高于单中继系统,与线性能量采集模型相比,本文提出的算法可以获得更好的性能。