移动通信技术正在进行的飞速的革新与换代,与此同时,网络接入设备数量也呈数以亿计的增多,其中除了常见的手机、平板、电脑等大型设备外,还包括众多的物联网小型设备,例如无线传感器等。日益增多的接入设备也对网络中的能量供应带来了严峻的挑战。如果通过人工对设备进行充电或者更换电池,将需要非常巨大的人力成本。因此,如何方便且有效的为海量设备供应能量也成为了未来网络中的一大挑战。受可持续发展理念的启发,可以为接入设备配置能量采集模块,使其可以采集周围环境中的太阳能、风能、机械能等。通过周围环境能量采集,接入设备的能量供应可以得到一定的保障。但是,由于受周围环境影响较大,相应的可控性也较差。因此,凭借较高可控性这一优势,无线射频能量传输的概念也进一步得以提出。由于电磁波在空间传播的同时自身也携带一定的能量,因此可以通过人为发送射频信号的方式为接入设备提供能量。相比于电感耦合和磁感耦合等现有无线传能方式,无线射频能量传输可以提供更远的覆盖距离,更加适合于通信网络场景。在通过射频信号为接入设备提供能量的同时向其传输所需的数据信息,也就构成了无线数能同传（Simultaneous Wireless Information and Power Transfer,SWIPT）的概念。无线数能同传技术可以同时满足网络中接入设备的数据与能量需求,实现双重覆盖。通常来讲,无线数据传输（Wireless Information Transfer,WIT）与无线能量传输（Wireless Power Transfer,WPT）呈互补关系,如果对WIT的性能要求较高,相对的WPT性能会得到降低。常用的无线数能分割方式包括时隙切换（Time Switching,TS）方式以及功率分割（Power Splitting,PS）方式,通过在时间域或功率域的分割对数能传输进行权衡。目前,针对SWIPT的研究多数集中在介质访问控制层和网络层,其均采用经典的香农模型来衡量WIT性能的优劣。但是,在实际SWIPT系统中,香农模型并不能作为一个准确的衡量指标,因为不同的编码与调制方式不仅仅会带来不同的数据传输速率,也会使得能量传输性能有所差异。如果要对数据与能量传输性能进行优化,就需要在底层的编码与调制上进行设计,这也就引出了本文的四个主要研究内容:1)基于一元编码的数能编码方案设计;2)基于时间索引调制的数能调制方案设计;3)基于接收端空间调制的数能调制方案设计;4)多用户场景下基于非正交多址的调制方案设计。第一部分提出一种新型的基于数能编码的收发机架构。为了解决传统信源与信道编码输出码字概率较为平均与固定的问题,本文额外在调制模块之前再加入一个数能编码模块,在考虑实际调制方式下利用一元编码（Unary Coding）技术对码字根据数据与能量的不同需求进行一定的再编码。利用经典的马尔科夫分析模型,相应的码字传输概率以及调制符号传输概率也进一步求得,并基于此对能量的传输性能（接收端平均能量接收量）和数据传输性能（误码率和收发端互信息量）进行理论分析。最后,借助于基于搜索的遗传算法求得出最优的码字分布概率以及功率分割比例,在保证收发端互信息量的同时最大化接收端的平均能量接收量。通过蒙特卡罗仿真,本文理论分析的有效性也得到了验证,另外仿真结果也表明,通过引入额外的数能编码模块,收发机可以实时的通过改变数能编码码字分布概率来动态的调节数据与能量的传输性能,具有更强的灵活性,同时其最高能量传输性能相比无数能编码方案也有着较高的提升。进一步的,本文对无线数能同传的调制技术进行研究。索引调制允许额外的数据信息在索引维度上进行传输,从而提升了网络的频谱效率,也更加适合海量连接的拥挤无线网络。为了同时满足接收端的数据与能量需求,本文以传统的时隙切换方案为基础,提出了基于时间索引调制（Time Index Modulation,TIM）的数能调制方案。在时间索引调制系统中,发射端每周期选择一些时隙用来传输数据信息,而其他时隙则用来传输射频能量,相应的不同类型信号的传输索引可以携带额外的数据信息。同时本文针对TIM提出一种收发机架构,在接收端使用基于包络检测的时间索引解调器与传统最大似然解调器相结合的方式对原始传输数据进行恢复。进而,本文通过理论分析得出了平均能量传输量与数据传输误码率的近似解,并通过蒙特卡罗仿真验证了理论分析的有效性。进一步的,本文通过优化得出了相应的数据信号与能量信号传输功率,以在保证数据传输性能的前提下最大化能量传输性能。仿真结果表明,采用TIM可以有效的提升收发端之间的频谱效率,同时能量传输性能也得到了一定的提升。第三部分针对一些可以配置多天线的低功耗接收机提出了一种基于接收端空间调制（Receive Spatial Modulation,RSM）的无线数能同传调制方案,与TIM类似,本方案将额外的数据信息携带至接收端激活的拟接收数据的天线索引上,接收端天线数量越多,可以额外携带的索引信息量也越多。同时,利用发射端的迫零波束设计,接收端避免了冗余的信号处理,从而节省了能量。为了提升能量的传输性能,可以在未激活的接收天线上额外传输能量信号。针对能量信号的不同传输方式,本文提出三种不同的传输方案,即一般方案、叠加方案以及分离方案。进一步的,利用理论分析,本文得出了三种不同传输方案下的数据传输误码率以及能量传输量等性能,并通过蒙特卡罗仿真进行了实际验证。与第二部分类似,我们通过优化得出了最优的数据与能量信号传输功率。仿真结果表明,相比传统的无空间调制的方案,采用RSM可以在保证能量传输性能的前提下额外的提高数据传输速率,同时分离方案有着最好的数据与能量传输性能。第四部分主要针对点对多的传输场景,基于非正交多址技术（Non-Orthogonal Multiple Access,NOMA）,在提高频谱效率的同时为不同的数据与能量接收用户发送数据与能量。由于在NOMA中,多个用户的传输符号需要进行直接的叠加,因此如果多用户的传输符号相位恰恰相反,就会造成叠加符号功率发生抵消的效应,这极大的降低了能量的传输性能。基于此背景,本文提出了一种基于能量交织与星座点旋转的联合调制方案,通过在多载波上进行能量交织以及在单载波上进行多用户的星座点旋转,使得用户符号尽可能的正向叠加,从而在传输数据信息不变的情况下提高了发射端的传输功率,进而有效的提升了接收端的能量接收量。同时,本文提出一种基于符号偏移的功率分配方案,限制了经过联合调制之后的用户间干扰,从而保证了数据解调的效率。仿真结果表明,采用本文提出的联合调制方案可以有效的在保证数据误符号率的前提下提升能量传输性能。