无线通信的不断发展、业务量的迅速增长、网络的深度优化带来的结果是整个无线网络能耗的急剧增加。巨大的能耗不仅给网络运营商制造了高昂的运营成本,同时,排放的二氧化碳也给环境也带来了沉重的负担,加剧了温室效应。因此,研究如何实现绿色通信、降低通信系统的能耗具有重大的现实意义。能量获取技术能够将广泛存在于我们周围的太阳能、风能、微波射线等可再生能源收集起来加以利用,是应对高能耗、实现绿色通信的有效措施。本文针对能量获取的蜂窝无线网络发展的新需求,从能源管理和功率分配的角度,探索解决蜂窝网络无线能量传递过程中的双重远近效应问题以及基于能量获取的能量供给与业务不适配问题。通过对已有能量获取模型的利用和完善,提出一套基于能量获取的蜂窝无线网络高能效资源调度与优化方法,为设计高能效的蜂窝网络提供理论支撑。本文的主要工作和创新归纳如下:1.稳定能量获取来源的蜂窝网络资源调度机制研究针对无线能量传递过程中的双重远近效应问题,研究功率控制与资源配置技术。由于传统无线能量传递方案没有考虑距离对网络性能的影响,也缺乏对高能效能量获取方法的挖掘和利用。因此,本文首先提出了稳定能量获取来源的蜂窝网高能效自适应无线能量传递策略。该策略能根据移动终端与能量塔距离的远近自适应地调整能量塔的发送功率,在确保网络吞吐量不降低前提下,有效降低电网功耗。研究表明,采用所提策略以后网络能效显著优化。在此基础之上,对稳定能量获取来源的物联网进行分析,通过联合考虑能量与通信协作,提出了距离感知的成簇策略来平衡物联网节点获取和消耗能量的不均衡。分析和仿真结果表明,在给定电网总能耗约束条件下,采用距离感知的成簇策略比不采用该策略提高系统能效4倍以上、降低至少50%的中断概率,同时提高了网络覆盖效率。2.不稳定能量获取来源的蜂窝网络资源优化策略研究在仅由可再生能源供电的能量获取的蜂窝无线网络中,由于可再生能源是非均匀、不连续的,通信终端常常出现有业务无能量的能量供给与业务不适配问题。因此,针对该问题,本文对可再生能源协作与功率控制技术进行了深入研究,提出了基于讨价还价的蜂窝无线网络功率分配博弈策略。首先,通过定义可再生能源参数、自私性和可再生能源协作收益函数,建立了基于讨价还价的系统可再生能源分配博弈模型,将最佳功率分配问题转化为最大化社会收益问题。然后,对可再生能源分配博弈纳什讨价还价解的存在性进行了理论证明。最后,通过双向策略更新算法,经过反复迭代求出该纳什讨价还价博弈的最优解。研究表明,在实际的可再生能源获取环境中,与采用传统可再生能源协作策略相比,采用所提策略以后,系统平均速率及中断概率明显优化。此外,该策略不需要静态的信道状态信息及能量获取函数,因此该策略可以应用于无法预测的未知环境中。3.混合能源供电的蜂窝网络高能效资源配置技术研究在由电网和可再生能源联合供电的蜂窝网络中,深入探讨了基于能量获取的蜂窝网络高能效资源调度和能源管理技术。首先,对混合能源供电的蜂窝网络中可再生能源协作的能源调度机制进行研究,提出了注水算法优化的绿色能源协作策略。通过采用注水算法,在非均匀的能量到达模型中优化能量塔对各用户无线充电的发送功率;通过采用可再生能源协作降低了系统的电网功耗。仿真结果表明,与传统平均功率分配的可再生能源协作方法相比,在给定可再生能源总能耗约束条件下,所提策略能够提高网络速率8%～20%、降低电网功耗约20%。在此基础之上,对混合能源供电的绿色M2M(Machine-to-Machine,机器对机器)通信自适应资源调度机制进行了研究,提出了自适应业务卸载和带宽分配策略。通过自适应的业务卸载,使得终端承担的业务量与其获取的非均匀的可再生能源相匹配;通过自适应的带宽分配,使得终端占有的频带资源与业务卸载后重新分配的业务量相匹配。研究表明,与不采用自适应业务卸载和带宽分配策略相比,采用所提策略以后,电网功耗降低55%、平均速率提高一倍。