协作中继技术作为能够抵抗信道衰落,提升链路稳定性,扩大小区覆盖范围的有效技术,被广泛的用于无线通信系统中。最新一代的无线宽带通信标准LTE-A中明确规定了协作中继是一项提高系统性能的重要技术手段。传统的单向中继网络虽然具有协作中继技术的一系列优点,但是它需要耗费更多的时隙资源,存在频谱效率低下等缺点。双向中继网络通过引入网络编码思想,充分利用用户自身信息,在保证扩大小区覆盖范围的前提下,能够节省一半的时隙资源,可以获得更高的系统容量和频谱效率。近年来双向中继网络成为学术界和工业界的研究热点。本论文针对双向中继网络中的关键问题之一的无线资源管理问题进行研究,首先针对双向中继网络的传输原理,系统容量等理论问题进行论述,揭示双向中继网络中无线资源管理的优化方向,然后讨论双向中继网络的主要应用场景,通过对已有的成果的分析和问题的总结,凝练出基于正交频分复用(OFDM),多输入多输入技术(MIMO),认知无线电技术(CR)的双向中继系统中待优化的无线资源管理问题,本文针对这些优化问题给出了创新性的解决方案。具体研究内容如下：(1)基于用户速率受限的多用户OFDM双向中继网络的资源分配低能耗的绿色通信已经成为未来移动通信的一个趋势,针对存在特定用户速率需求的多用户AF-OFDM双向中继系统,如何在保证用户速率需求的同时最小化系统能耗是一个重要的无线资源管理问题。本文通过对优化目标的分析,提出了一种层次化的资源分配方案：(a)用户对的子载波分配,及子载波间的优化功率分配。(b)单个子载波内的中继节点与用户间的功率优化分配。针对步骤(a)中的优化问题,本文提出将用户对划分为双向同速率需求中继与单向速率需求中继的两种情况。针对步骤(b)中的优化问题,利用凸优化技术,发现中继节点与用户间的发送功率存在一个闭合关系式。基于上述结果,本文提出了一种优化的资源分配算法,该算法能够减少优化目标函数中的参数维度,降低分配算法的复杂度,为实时的绿色通信提供可能。(2)基于PNC的双向中继网络的优化功率控制基于物理层网络编码(PNC)的双向中继系统由于采用了部分译码方式,其系统容量不存在多址接入容量受限问题,能够获得更大的系统容量,但是其系统容量公式为一个非闭合表达式,其功率优化问题仍然是一个开放性问题。本文通过细分系统可能存在的传输状况,逐个对其进行功率优化分配,得到一组优化的闭合系统功率分配方案。利用这一结果,在OFDM系统中,给出了一种优化的功率资源分配算法。该算法能够有效地提高系统容量,并具有较低的计算复杂度,通过仿真验证了该算法性能接近最优解,并且在各种场景内的性能均优于传统的固定功率分配算法。(3) MIMO双向中继系统中优化预编码设计及资源分配对于MIMO双向中继系统,本文以如何获得系统的空间复用增益为切入点,给出了一种低复杂度的发送和接收预编码矩阵,该优化设计能够将系统的MIMO信道分解为多路单入单出(SISO)的子信道形式,使得双向中继网络中需要通信的两个用户能够通过网络编码获取更好的空间复用增益。同时通过矩阵计算和转化,本章提出了一种优化的MIMO双向中继网络的功率分配方案。在确定优化矩阵后,该方案能够为每个子信道独立的进行优化的功率分配,从而极大的降低了MIMO双向中继网络中资源分配的算法复杂度。基于该结果,研究多用户场景下考虑用户公平性的无线资源管理问题,在保证每对用户速率比例公平的前提下,通过优化矩阵设计,功率控制等技术,给出了一种能够综合考量系统容量与用户公平性且具有较低复杂度的资源分配算法。(4)联合中继选择与功率控制的CR双向中继网络认知网络内引入双向中继技术能够拓展更多的可用频带资源,有效的提升认知用户的传输速率。本文针对多中继双向认知中继网络,提出了一种联合功率控制和中继选择的资源分配算法,该算法利用凸优化技术得到三节点的优化的功率分配方式,进一步,针对干扰门限导致的发送功率回退问题,细分了三种功率补偿方式,通过对不同节点的功率补偿,能够在有效的保证授权用户的服务质量的前提下,最大化认知系统的传输速率。最后根据认知系统的特点,提出了两种低复杂度的次优中继选择算法。仿真结果证明了上述算法的有效性,特别地,低复杂度算法一在高发送功率场景内具有逼近优化算法的性能。综上所述,本文以提升无线通信系统的覆盖范围和频谱效率为目标,探讨了以绿色通信为目标的OFDM双向中继系统内的资源分配问题,优化了基于PNC的双向中继系统功率分配问题,对MIMO双向中继网络的优化预编码设计及综合用户公平性和系统效率的优化功控进行了分析,研究了认知场景下的双向中继系统的资源配置及中继选择问题,这些工作对无线通信系统中的资源优化配置,具有积极的学术意义和应用价值。