近年来,人们对于无线通信中高速数据传输的需求日益增大,随之产生的是更加庞大的能量消耗,受限制于移动终端的尺寸以及电池技术的发展瓶颈,移动通信中的能量效率问题受到极大的关注。与此同时,在无线通信频谱资源日趋紧张的前提下,如何通过合理的资源分配算法获得更高的频谱效率和能量效率,已经成为5G移动通信系统的研究热点之一。本文研究了多用户OFDM中继网络的能效优化问题,针对能量采集协作通信网络,提出子载波配对和功率分配联合优化算法,考虑到EH场景中数据包和能量包各自独立到达并耦合离开的情况,对缓存中继系统的性能进行分析,对解码转发中继下行网络中非正交资源分配问题进行优化。本文的主要研究内容及创新点如下:(1)针对多用户OFDM中继网络,提出一种基于能量效率的联合优化算法。该算法采用源在第二时隙也发送数据的策略以提供分集增益,在保证用户公平性和满足用户QoS的前提下,构建了基于能量效率最优的子载波配对用户指派和功率分配联合优化模型;推导了多中继DF协议下的等效信道增益,运用Dinkelbach方法将非线性混合整数规划问题转换为准凸规划问题;将三维的子载波配对用户指派问题分解成一个二维的子载波配对问题以及一个一维的子载波对用户指派问题,运用对偶理论和匈牙利算法求解联合优化问题,证明了提出的能量效率最优联合优化算法的收敛性。仿真结果表明,该算法在保证系统最小传输速率要求的前提下提高了系统的能量效率。(2)针对OFDM无线供能协作通信网络,提出一种EH联合资源优化算法。该算法利用WPCCN下行链路传输能量,上行链路发送数据信息,提出一种改进的HTC中继机制,源节点利用采集到的能量在第三个时隙另一个子载波上重新发送第二时隙传输的数据,从而进一步改善系统性能;考虑网络中总的传输功率受限,以最大化系统的平均传输速率为优化目标,构建基于WPC策略的资源优化模型;最优化问题是MINLP问题,推导了WPCCN场景下的等效信道增益,使得优化问题得到化简,运用对偶理论和匈牙利算法求解子载波配对、功率分配和EH时隙指派联合优化问题。仿真结果表明,该算法能够有效改善系统性能。(3)针对EH缓存辅助中继多用户协作网络,推导分析了缓存辅助中继的性能。考虑数据包和能量包各自遵循伯努利到达过程,研究数据包和能量包各自独立到达并耦合离开的通信场景,构建耦合处理器排队模型;考虑信道状态对数据发送率的影响,将连续的信道状态变化区间量化为若干离散状态集合,固定数据包和能量包大小,允许在较差信道状态下消耗更多的能量包发送一个数据包,以降低数据包时延、提高系统吞吐量;运用拟生灭过程方法得到稳态转移概率,推导获得了CPQM数据队列和能量队列的队长、以及系统的吞吐量、时延和丢包率等性能表达式。仿真结果表明,理论计算值与仿真值一致,证明了理论推导的正确性,基于APT的数据与能量耦合机制可以有效改善系统性能。(4)针对下行NOMA中继网络,提出了一种用户信道指派和功率分配的联合资源优化算法。考虑整个系统的总功率限制和用户的服务质量要求,以最大化平均用户传输速率为目标,构建了联合用户信道指派和功率分配的优化模型;证明了优化问题是NP-hard问题,采用解耦合的方法将原问题分解成两个子问题:固定功率分配下的用户信道指派问题以及固定用户信道指派下的功率分配问题;提出一种带转移规则的联盟博弈方法求解固定功率下的信道指派问题,运用拉格朗日对偶理论和次梯度方法求解固定用户信道指派下的功率分配问题;分别求解两个子问题后,进一步提出一种基于迭代的联合资源优化算法。仿真结果表明,在信道数量小于用户数量的无线通信场景中,该算法可以有效改善系统频谱效率。