随着智能终端的广泛普及和多媒体应用的迅猛增长,第五代(the Fifth Generation,5G)移动通信系统面临着数据流量激增带来的巨大挑战。协作通信技术作为移动通信系统的重要技术手段之一,有效提高了系统的数据传输性能,尤其是带有缓冲区的协作中继系统,其利用缓冲区的缓冲能力可突破中继节点的性能瓶颈。然而,缓冲区的缓冲过程会给源节点和目的节点之间的通信带来额外的时延,而占有数据流量较大比例的在线游戏、超清视频、虚拟现实、增强现实等新兴的网络服务和多媒体应用,对系统的端到端时延却具有极高的要求。此外,由于移动互联网的蓬勃发展,信息与通信产业的总能耗占据全球能耗总量的2%～4%,并以每年15%～20%的速度迅猛增长,给全球能源和生态环境造成了巨大的负担。因此,为了利用中继系统数据传输性能的优势,在保证不同应用时延要求的同时,降低系统能耗,具有重要的研究意义和生态价值。本文针对上述问题,重点开展基于时延保障的协作通信资源分配方案的研究,主要创新工作及成果总结如下:首先,针对带有缓冲区的协作中继系统的端到端时延问题,已有研究通常假设数据源采用恒定速率到达过程,并且忽略了缓冲区的非空概率,这导致了其时延分布函数是一个粗略的上界。本文考虑了能够更好的表征数据流量突发性的指数到达过程,采用有效带宽和有效容量理论,推导出了采用指数到达过程时源节点离开过程的有效带宽。随后在考虑缓冲区非空概率的情况下,进一步推导出了能够描绘系统时延违规概率随系统最大容忍时延边界呈指数衰减的时延分布函数,分析了系统的时延性能。仿真结果验证了本文推导的时延分布函数能够提供更好的端到端时延近似。其次,针对协作中继系统在时延保障下的功率分配问题,已有研究通常假设源节点和中继节点的时延衰落指数为相同或者不同的定值,忽略了它们之间相互制约和可折衷的关系。本文充分考虑了源节点和中继节点时延衰落指数的折衷策略,基于上述推导的时延分布函数获得时延约束指标,证明了在给定时延约束指标时,系统的总功率消耗是源节点时延衰落指数的凸函数,并利用三分查找算法得到了使得系统总功耗最低的功率分配方案。仿真结果表明本文提供的功率分配方案较已有方案能够降低功率消耗约50%。最后,针对协作中继系统在时延保障下的能效最优问题,本文先给出了系统最大可达速率的求解方式,随后证明了在系统总功率恒定时,该最大可达速率与源节点发送功率的单峰函数关系。根据能效(比特每焦耳)的定义,在上述场景下,可达速率的最优解即为系统能效的最优解。基于上述关系,本文提出了一种基于黄金分割查找算法的功率分配方案,仿真结果验证了该方案在提高系统能效方面的优越性。