凭借其灵活的机动性和低廉的成本,无人机（Unmanned aerial vehicles,UAV）辅助的数据收发、中继技术已广泛应用于无线传感网络、蜂窝网络及移动自组织网络等诸多领域。但无人机辅助通信系统仍然面临着诸多挑战,其中最严峻的挑战之一就是无人机的续航问题。针对于此,首先聚焦于无人机飞行时间这一维度,有限的电池容量决定了无人机在执行通信任务期间必须要定时返航,以更换电池或补充电量。这会导致较大的系统时延,也会进一步造成能量的浪费。因此,可通过对无人机轨迹以及资源分配等方面进行联合优化设计,使得无人机在能量受限的情况下以最短的时间完成通信任务。另一方面,可通过分析并建立无人机能耗以及通信相关能耗的模型,直接以系统能耗为优化目标对基于无人机的通信系统进行性能优化,使得无人机以最少的能耗完成其通信任务。针对上述的两个方面,本文研究了无人机辅助节点数据收集或分发、辅助多对地面用户间数据中继的通信场景,主要工作如下所述。一、论文研究了基于无人机的数据收集或分发系统的优化传输策略。首先搭建了空地一体化的无线传感网络,无人机搭载通信模组并采用频分多址（Frequency division multiple access,FDMA）的通信协议,对地面节点进行数据收集或分发,形成了任务完成时间最小化问题。为了满足系统时延的最低要求,在该问题中充分考虑了地面节点在任意时刻的最低速率要求（Minimum rate requirement,MRR）这一约束。在该通信系统中,首先采用了时间离散方法对原始的连续域问题进行了线性状态空间近似转化,然后通过采用凸优化理论以及全局二分算法,并采用基于旅行商问题（Travelling salesman problem,TSP）的初始轨迹,得到了多变量联合设计下的系统最佳资源分配及轨迹优化方案。二、论文研究了基于无人机的多对用户间数据中继系统的优化传输策略。在所建立的无线移动中继网络中,无人机通过采用时分多址（Time division multiple access,TDMA）通信协议及译码转发（Decode-and-forward,DF）数据传输协议为多对地面用户提供数据中继服务,研究了系统总能耗最小化问题。为了解决该问题,通过采用连续凸近似、块坐标下降以及路径离散的方法,将其划分为关于时隙长度及分配、功率分配和飞行轨迹的三个子问题,并形成了迭代优化算法对其交替优化直至收敛。针对中继通信的信息因果性约束及不同的通信吞吐量需求,首次提出了基于取送货问题（Pickup-and-delivery problem,PDP）及飞行-悬停-通信（Fly-hover-communicate,FHC）协议的轨迹初始化方案,其中利用PDP解决方案确立无人机对各个地面用户的最佳访问序列,利用FHC协议确立无人机在初始轨迹中的最佳悬停（通信）位置。并在所建立的多用户对中继通信场景中,进一步研究了如何规避禁飞区域的问题。对于以上研究内容所涉及到的设计方案及优化算法,均给出了相应的仿真结果,并由此验证所提出方案在算法收敛、无人机轨迹优化、资源分配以及不同通信需求下的优化结果对比等方面可实现较佳的效果。