在全球能源危机的当下,无线通信系统的发展不再单纯追求频率效率、传输速率的提高,而是开始注重节能和能量效率。在此背景下能效通信成为当前的研究热点。多输入多输出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)技术可以极大提高无线通信系统的频谱效率,因此已经被多个无线通信系统采用。在可以预见的未来,MIMO技术仍将是无线通信的主流技术。从能效角度看,MIMO系统可以用比单天线系统更低的发射功率达到相同的数据传输速率,因此被业界认为是提高无线网络能效性能的候选技术。但是前期的MIMO技术研究重点为提高系统容量和频谱效率,而较少关注能效优化,因此MIMO技术和能效通信的结合是未来无线通信的一个重要发展方向。本论文将MIMO技术与能效通信的需求相结合,首先针对MIMO技术不同的应用场景,提出了相应的能效准则,为后续的研究工作打好了基础。在新的能效评估准则基础上,重点讨论了单用户MIMO (Single User-MIMO,SU-MIMO)系统的信道训练策略,分布式MIMO系统的基站休眠机制,以及认知无线电(Cognitive Radio, CR)网络中的协作频谱检测策略,提出了相应的创新性的能效优化方案,并做了详细的理论分析和性能仿真。本论文的主要工作和创新点如下：1、针对SU-MIMO系统的信道训练策略进行建模,得到了能效优化的信道估计训练序列开销。首先,分析了信道状态信息(Channel State Information,CSI)的准确性和SU-MIMO系统能效之间的折中关系。然后,将信道训练策略建模为二元优化问题,在训练功率和训练时长约束下,寻求能效最优的信道估计资源分配策略。最后,仿真结果验证了理论分析的正确性并证明了所提信道训练策略的能够有效提高系统的能效性能。2、提出了网络休眠机制的能效评估准则,分析了引入休眠机制后分布式MIMO系统的平均响应时间和平均功率,并求解出最优休眠时长。首先,休眠机制可以有效减小无线通信网络的能量消耗,但也会给系统带来延时。为此本文提出了网络休眠机制的能效评估准则,该准则综合评估了休眠策略所带来的延时和能量节省。第二,将具有休眠机制的分布式MIMO系统建模为基于空竭服务的多重休眠排队模型,分析了引入休眠机制后系统的平均响应延迟和平均功率。第三,以优化所提能效指标为目标,分析了系统的能效性能并求解出了最优天线休假时长。最后,仿真结果和理论分析结果相匹配,仿真结果还表明所提策略可以有效提高分布式MIMO系统基站侧的能效性能,特别是在低业务量的场景下所提策略的优势更为明显。3、提出了认知无线网络中认知终端检测的能效评估准则,并进-步提出了能效优化的协作/联合检测终端分配和协作上报MIMO传输方案。首先,在综合考虑检测的准确性和能量消耗的基础上,提出一个用于评估协作频谱检测策略能效性能的指标,并将这一指标推广到联合频谱检测策略中。第二,以优化所提能效指标为目标,在协作频谱检测场景下,分析了参与协作频谱检测的最优检测终端个数。在联合频谱检测场景下,提出了基于迭代贪婪算法的检测终端分配方案。第三,为了进一步提高整体的检测能效,在检测终端分配策略的基础上,提出了基于协作MIMO技术的频谱检测结果上报方案。然后建立协作上报方案的能耗模型并确定最优的协作上报终端个数以最小化上报所需能耗。最后的仿真结果表明本文所提终端分配策略和协作上报方案可以有效提高CR网络的能效性能。