随着无线通信网络的快速发展与广泛应用，人们对无线通信业务的需求也日益增加。例如第五代无线通信网络(TheFifthGeneration,5G)需要提供更广阔的无缝覆盖、更高的吞吐率、更低的时延和海量的连接。近些年，缓存辅助中继技术因其可以改善中继网络在吞吐率、分集以及信噪比等方面增益的特点，得到了广泛关注与研究。为了进一步满足未来通信网络对高吞吐率、广域覆盖的要求，本论文将缓存辅助中继技术与多天线技术、非正交多址技术进行结合，设计能够获得更高吞吐率的缓存辅助中继传输方案。另一方面，作为减少无线通信网络能耗的一个有效技术途径，能量收集通信技术被视为是低能耗绿色通信的关键技术之一。本论文将数据缓存和能量缓存引入能量收集中继网络，分析缓存辅助能量收集中继网络的吞吐率性能以及吞吐率―时延折中关系，并设计自适应的缓存辅助能量收集中继传输方案。
　　首先，考虑了一个基于功率分裂信息和能量同时传输(SimultaneousWirelessInfor-mationandPowerTransfer,SWIPT)方案的数据缓存和能量缓存辅助三节点能量收集中继网络。针对此缓存辅助能量收集中继网络，提出了两种缓存辅助中继传输方案，分别为存储再传输方案和自适应的联合链路选择和功率分配传输方案。对于缓存辅助的存储再传输方案，推导了系统平均吞吐率和最佳功率分裂因子的闭合表达式。对于缓存辅助的自适应链路选择中继传输方案，基于系统信道状态信息(ChannelStateInformation,CSI)和缓存状态信息(BufferStateInformation,BSI)，得到了最大化系统平均吞吐率的链路选择方案和发送功率分配策略。此外，对于自适应中继传输方案，还分析了系统平均吞吐率、数据缓存队列平均长度和平均时延的界。仿真结果表明所提出的缓存辅助中继传输方案可以改善能量收集中继网络的吞吐率性能。
　　其次，针对一个充电桩协助的(PowerBeaconassisted,PB-assisted)数据缓存和能量缓存辅助能量收集协作网络，研究了缓存辅助的收集―存储―传输中继方案和缓存辅助的自适应联合模式选择和功率分配中继传输方案。对于缓存辅助的收集―存储―传输方案，推导了系统平均吞吐率的闭合表达式。对于缓存辅助的自适应联合模式选择和功率分配传输方案，将最大化系统平均吞吐率建模为优化问题，利用Lyapunov优化理论求解此问题得到了最佳的自适应模式选择传输方案和功率分配策略。此外，通过Lyapunov优化方法分析了此自适应中继传输方案的系统吞吐率―时延折中关系。仿真结果证实了所研究缓存辅助中继传输方案的吞吐率增益并验证了针对系统吞吐率―时延折中关系的理论分析。
　　再次，将缓存辅助中继网络扩展到多天线场景。首先考虑了一个数据缓存辅助的多天线中继网络，以最大化系统吞吐率为目标，研究了一个基于系统CSI的缓存辅助联合链路选择和数据流功率分配中继传输方案。仿真结果表明相对于无缓存辅助中继传输方案，所提出的缓存辅助自适应链路选择中继传输方案能够改善中继系统的吞吐率性能。此外，利用多天线带来的复用增益，系统的吞吐率性能可以得到进一步的改善。接着，考虑一个数据缓存和能量缓存辅助的多天线能量收集中继网络，利用Alamouti编码方案实现了基于空间域的SWIPT。以此为基础，先研究了缓存辅助的存储再转发中继传输方案，推导了此方案系统平均吞吐率的闭合表达式。然后研究了缓存辅助的联合链路选择和发送功率分配方案，基于系统CSI和BSI，得到了最大化系统平均吞吐率的自适应链路选择方案和发送功率分配策略。仿真结果表明，所提出的缓存辅助多天线中继传输方案可以有效改善多天线能量收集中继网络的吞吐率性能。
　　最后，针对数据缓存辅助的多用户中继网络，先后考虑正交多址(OrthogonalMultipleAccess,OMA)和非正交多址(Non-OrthogonalMultipleAccess,NOMA)两种传输方式。对于OMA传输方式，先推导了无缓存辅助中继传输方案系统平均和速率的闭合表达式，接着研究了基于系统CSI和用户BSI的缓存辅助链路选择中继传输方案，利用Lyapunov优化理论得到了最大化系统平均和速率的自适应链路选择方案。对于NOMA传输方式，同样先推导了无缓存辅助中继传输方案的系统平均和速率的闭合表达式，然后将最大化系统平均和速率建模为一个优化问题，利用Lyapunov优化理论求解得到了基于系统CSI和用户BSI的缓存辅助联合模式选择和用户功率分配中继传输方案。此外，对于两种传输方式，针对自适应中继传输方案，均采用Lyapunov优化方法对相应系统的吞吐率―时延折中关系进行了理论分析。仿真结果表明，相对于OMA传输方式，采用NOMA传输方式可以获得更好的系统和速率性能。此外，缓存辅助的自适应中继传输方案可以进一步改善多用户中继网络的和速率性能。