无线中继技术因其可以有效降低发送功率、提高信号传输质量等优势被广泛应用于无线网络中,然而随着智能设备的快速普及,无线网络的规模越来越大,随之而来的频谱资源匮乏和能量消耗两大问题日益凸显,为此,如何在无线中继网络中解决上述两大问题受到了广泛的关注和讨论;与此同时,5G已经将频谱效率和能量效率列为重要研究指标,结合无线中继技术的优势,共建高频谱效率和高能量效率网络将是未来无线通信发展的重要研究问题之一。因此,本论文在无线中继网络中以提升能量效率为目标,将无线中继技术和凸优化等优化方法、半双工/全双工传输以及解码转发中继传输协议等相结合,分别进行解码转发和放大转发中继传输协议的功率优化方案、解码转发协议下半双工中继网络的高能效和高谱效均衡策略、解码转发协议下全双工中继网络的高能效和高谱效均衡策略等三个方面的研究,主要的创新点和贡献如下:1、针对半双工、全双工单向解码转发和放大转发中继网络,提出了一种功率优化方案。该优化方案以能效优化为目标,传输速率为约束,在考虑非理想功率放大和不可忽略的电路功耗下,分别将半双工、全双工模式下的解码转发和放大转发中继网络的能效最大化问题转化为发射功率最小化问题,并分析得到该方案下的最优功率闭式解。仿真结果表明,不管是全双工还是半双工模式,在相同条件下,解码转发协议下的网络能效优于放大转发。2、针对半双工解码转发单向和双向中继网络,提出了一种半双工高能效和高谱效均衡策略。该策略通过引入功率分配因子对网络各节点功率进行重新分配,同时就传统解码转发网络频谱效率损失的问题进行分析,给出最优功率分配方法;进而给出该策略下中继网络的频谱效率和能量效率分析,再以总功率为优化变量,采用凸优化理论进一步探讨了频谱效率和能量效率的均衡关系。仿真结果表明,提出的半双工高能效和高谱效均衡策略在频谱效率和能量效率方面有明显优势。3、针对全双工解码转发单向中继网络,提出了一种全双工高能效和高谱效均衡策略。该策略首先通过最优功率分配方法提升网络频谱效率,进而给出频谱效率和能量效率多目标优化的帕累托最优集分析;然后通过加权产品标量方法,将频谱效率和能量效率多目标优化问题转化为单目标频谱效率-能量效率最大化问题,并引入均衡因子来获得相应的均衡权重;最后,给出了频谱效率和能量效率的均衡分析。仿真结果表明,提出的高能效和高谱效均衡策略可以显著改善频谱效率和能量效率,同时通过设置均衡因子可以灵活地选择频谱效率和能量效率之间的均衡。