随着未来通信系统节点数和通信数据量的指数式增长,信息传输所需的系统资源将迅猛增长。资源有限的通信系统必须在保证系统中断概率、分集增益、吞吐量、公平性等性能的前提下,实现高能效的绿色通信。如何以较小的资源成本使网络更多、更可靠地传输信息,不仅具有重要的学术价值和理论研究意义,更具有重要的工程应用价值。本文以提高系统能效为目标,对无线中继网络物理层传输技术深入开展了一系列理论研究,主要工作及取得的创新性成果如下:1.针对无固定能量供应而采用无线携能技术的双向中继网络,提出了最大化系统公平性效用的功率分割和自适应传输速率方法,以自适应不同的公平性要求、信道及传输时间条件。本文设计了快速迭代算法,并分析了公平性水平、中继位置、不同传输阶段所占用的时间比例对系统实际吞吐量的影响。此外,针对更一般的基于能量收集技术的并行双向中继网络,提出了高能效的能量消耗/存储、中继配置和自适应传输速率方案。设计了基于变量松弛法、分式规划和拉格朗日对偶分解法的快速求解算法。与其他传输方案的数值结果对比验证了所提出算法的优越性。最后说明了传输速率阈值的增大会造成能效降低;2.针对最大分集增益编码网络,提出了高能效的中继配置和功率分配方法。具体针对多用户-多中继网络中发送端仅知道信道统计信息,如何在保证系统中断概率性能的条件下最大化系统能效的问题,提出了快速分解迭代算法。算法采用几何规划和分式规划逐步将问题转换为对数-凸混合整数问题,并进一步采用GOA(Generalized Outer Approximation)方法迭代求解。数值结果验证了最大分集增益网络编码、中继配置和功率分配方法可以为系统带来能效增益。最后探讨了中继位置对能效的影响;3.提出了基于能量收集、能量转移和最大分集增益网络编码的多用户-多中继上行传输技术,实现了用户间能量层面和信息传输层面的双重协作,即源节点间通过能量转移实现能量层面的协作以及通过中继处的网络编码实现信息流层面的协作。为了在满足中断概率和能量因果性的条件下,最大化系统能效,本文联合优化了连续传输周期内节点的发送功率和能量转移策略;给出了Nakagami-m和瑞利慢衰落信道下的最优解。与其他方案的性能对比验证了所设计方法可以为系统带来明显的能效增益;4.为进一步提高系统能效,提出了级联式网络编码方法。该方法允许分布式中继节点将更多的源节点信息编码成不同的网络码字,并将它们以较小的时隙和能量成本前传至目的节点。目的节点进行网络译码,以恢复源节点信息。理论和仿真结果表明高信噪比条件下,所提出的网络编码方法可以保证系统分集增益,并带来能效增益。