近年来,随着无人机的量产和无线通信技术的发展,无人机通信技术成为了当前无线通信科技的研究热点,尤其是在抢险救灾和军事领域中应用非常广泛。特别考虑到在地面交通受阻的实际情况下,无人机能实现越障通信,快速建立空中平台,满足及时通信要求。然而,由于无人机的体积小,且无人机电板所携带电力十分有限,因此,如何在满足通信需求的同时最小化无人机的功率损耗成为了一个重要的研究方向。在此背景下,本文分别考虑了无人机在中继网络中的应用以及无人机在无线传感器网络中的应用,并且通过功率分配优化算法,提高了无人机通信系统的性能。本文的主要研究内容和创新点如下:首先,考虑了携带单天线的无人机在中继网络中的应用,本文提出了一种用户调度和功率分配联合优化方案,目的是在无人机总功率受限的前提下,最大化无线用户终端节点到无人机节点以及无人机节点到控制中心节点这两跳信道的总信道容量并且通过用户调度算法选择信道状态最好的用户接入。仿真结果表明在总功率受限时,本文提出的功率分配方案下所传输的信道容量明显大于传统平均功率分配算法下所传输的信道容量。其次,研究了携带单天线的无人机在无线传感器网络中的应用,考虑到固定的信息采集器具有的缺陷,本文利用移动无人机作为信息采集器来采集地面传感器所传输的信息,在每一个地面传感器到无人机之间的信息传输速率受限的前提下,利用注水算法和拉格朗日乘子法最小化总传输功率。仿真结果表明在每一个地面传感器到无人机之间通信链路的信息传输速率受限的前提下,本文提出的功率分配算法和传统的等功率分配算法相比,消耗的总功率更小,提高了系统的性能。最后,探索了多天线无人机在中继网络中的应用,本文分别讨论了在忽略信道估计误差和存在信道估计条件下的多天线无人机中继网络的功率分配优化算法。在此模型中无线用户终端以一定的发射功率发送数据信息,无人机作为中继节点且无人机携带有多根传输天线,最终通过无人机节点将信息传送到目的节点。在两跳总功率受限的前提下,本文先考虑在忽略信道估计误差场景下的功率资源分配算法,通过该算法使信道容量达到最大值。在此基础上,考虑到实际信道特性与估计信道特性之间存在信道估计误差,本文在存在信道估计误差条件下对两跳链路进行功率分配。仿真结果表明通过与传统平均功率分配方法比较,在考虑和忽略信道估计误差条件下,本文提出的功率分配方法均能显著提高无人机中继传输容量。