随着第五代移动通信网络技术的发展,物联网逐渐渗透人类生活的各个层面,各种无线传感器网络遍布于社会各个角落。随之而来的是低功耗设备、移动通信终端等数量的爆炸性增长。据报告显示,截至2020年,全球物联网设备接入量将达到260亿。在新一代移动通信网络中,如何有效的为各种复杂环境下的网络节点进行供电成为网络建设的重要一环。为了解决这一问题,基于射频信号以及光信号的无线能量传输作为取代通过更换电池、利用有线供电等传统供电方式的新型无线充电技术,得到学术界及工业界的广泛关注。无线能量传输技术以其部署灵活、便捷可控的优势,为有效延长物联网以及无线传感器网络等无线通信系统的使用寿命提供了可能。因此,如何将无线能量传输技术与无线通信系统进行有效的结合成为当前无线通信领域的研究热点。本论文分别从用户能量收集,系统信道容量,端到端系统能效,低传输时延,以及波束优化等方面,对多种基于无线能量传输技术的无线通信系统进行深入的系统性能分析与优化。为无线能量传输技术在通信系统中的应用提供了指导意见。论文的主要贡献包括:1.研究了不同信道状态信息下莱斯信道对多天线无线供电通信系统信道容量的影响。具体地,本论文针对能量发送节点是否具有统计信道状态信息两种场景,分别推导出系统遍历容量的上、下界,并推导出高信噪比域的容量近似表达式,以及低信噪比域的容量近似表达式。此外,针对不同信噪比条件下的信道容量,论文推导出使系统容量最大化的能量与信息传输的时间分配参数。研究结果表明,能量站有信道状态信息时,系统可通过多天线能量波束成形收集到更多的能量,从而提升信噪比,使遍历容量得到提升。此外,莱斯信道的直射路径分量越强,越有利于能量收集,从而提升系统性能。2.研究了大规模多入多出(Multi-input multi-output,MIMO)场景下基于混合精度模数转换(Analog to digital conversion,ADC)量化模型的多用户无线能量传输系统的能效。具体地,论文利用最小均方误差估计方法推导了基于混合精度ADC基站模型的估计信道及估计误差的表达式,并推导出用户端收集的总能量。利用不同的高、低精度ADC比例会影响信道估计准确度,进而影响下行能量传输的波束准确度的特点,设计优化问题,求解出使系统性能达到最大时ADC精度的最优分配策略。研究结果显示,针对提出的无线能量传输系统,最优量化精度分配策略为二进制策略,其判决阈值取决于系统采用的实际功耗模型。3.研究了低时延需求下基于短包通信的协作无线能量与信息同传系统的块错误率。具体地,论文针对所提出的三节点中继协作能量与信息同传系统,分别推导了系统平均误块率的积分表达式,其下界表达式,以及高信噪比域的近似表达式。通过简化形式的系统误块率表达式,分析了不同系统参数对系统性能的影响,并且为系统中中继位置的设定提出指导意见。4.研究了室内环境下,基于可见光通信的无线信息与能量同传系统的最优波束设计。具体地,本论文首次对可见光能量与信息同传系统的发送波束直接进行优化,通过对非凸问题进行近似及迭代优化,最终将问题求解,得出使接收端用户最小信噪比最大化的最优发送波束矩阵。此外,论文将两种文献中常用的基于迫零预编码的功率分配发送策略作为基准策略,与最优波束设计的性能进行比较。研究结果显示,本论文提出的最优波束设计策略性能优于基于迫零预编码的发送策略。