物联网、无线传感器网络的快速发展,要求无线通信传输设计在考虑更广覆盖、更高速率的通信服务的同时,解决影响网络生存时间的能源消耗问题。基于射频信息的无线能量收集技术是解决能量问题的一项关键技术,该技术能与无线信息传输结合,构建信息和能量同时传输的通信机制。中继传输能扩大传输距离、提高传输可靠性,是满足万物互联需求的一项核心技术,随着用户数量的剧增以及物联网多形态传输的发展,用户之间的协作会成为常态,因此,研究基于射频能量收集的中继网络传输优化对未来通信发展有着重要意义。基于此,本文深入分析几种典型双向中继网络的信息能量同传及优化方案,开展了以下三个方面的研究工作:一、研究了双向DF中继网络的信能同传与优化方案。针对采用PS能量收集和DF中继转发方式的双向中继网络,首先基于有效性研究的驱使,建立以最大化系统可达传输总速率为目标的最优功率分割比优化问题,并提出一种最优功率分割比优化算法,得到满足该优化问题的最优功率分割比的闭式解;然后基于可靠性研究的驱使,建立考虑传输总功率限制下的最小化系统中断概率优化问题,旨在联合优化源端功率分配和中继功率分割比来提升中断性能,由于参数之间存在耦合性导致难以直接求解该联合优化问题,提出一种两步次优求解算法,求解并得到最优功率分配和功率分割比分配的闭式解。仿真验证了所求闭式解的正确性,分析了发送功率、中继位置等参数对最优传输设计的影响,并证明了所提优化传输方案的性能优越性。二、研究了认知双向中继网络的信能同传以及满足传输公平性的联合资源优化方案。在考虑认知网络采用underlay频谱共享方式与主用户共存情况下,以最大化最小认知用户传输速率为目标,建立功率控制下的联合优化问题,旨在保证主用户传输需求下,通过最优分配认知用户发送功率以及传输过程中的两个重要参数（时间和功率分割比）来最大化最小认知用户的传输性能。由于该联合优化问题是一个复杂的非凸优化问题,难以直接求解,提出一个循环分步交替优化算法,得到满足该优化问题的最优资源分配。该算法通过将原优化问题转化为循环求解一个凸优化问题和一个交替优化问题,避免了直接求解的复杂性。仿真证明了所提传输方案能改善信道的非对称传输,分析了主网络干扰忍耐门限、用户最大峰值功率等对认知网络最优传输设计的影响,并证明了所提优化算法的性能优越性。三、研究了考虑硬件损伤条件的信能同传及联合资源优化方案。考虑到实际物理器件往往存在不可避免的硬件损伤,结合硬件损伤影响下的信号模型,设计了硬件损伤影响下的信息能量同传,并分别建立双向AF和双向DF中继系统在满足传输公平性下,以最大化可达传输总速率为目标的优化问题。针对AF方案,推导了满足目标函数最大化的最优功率分割比的闭式解。针对DF方案,考虑到时间分配可进一步改善DF传输方案的性能,设计了联合优化时间和功分比分配来最大化目标函数的优化方案,为求解该优化问题,首先提出基于交替优化的联合优化算法;接下来,考虑到交替优化算法的迭代求解仍具有较高复杂度,通过分析硬件损伤下的性能饱和性,提出一个适合硬件损伤模型的基于松弛上界的次优求解算法。仿真对比分析了硬件损伤对AF和DF系统传输性能的影响,证明了DF方案中的次优算法是联合最优传输性能的近似解,同时验证了所提优化传输方案的性能优越性。