无线业务和移动设备爆炸式的增长带来了巨大的能源消耗。第五代移动通信系统(5G,The 5th Generation Mobile Communication)已明确将采用多种技术手段来全面提升整个无线通信系统的能量有效性。在网络侧,开发新能源(如风能、太阳能等可再生能源)可以从根本上解决无线网络高能耗的问题。然而,不同于传统的电网能源,可再生能源通常具有随机波动的特点,不合理的能量分配和业务分配不但会降低可再生能源带来的节能增益,严重时还会造成网络性能的损失。因此,如何在可再生能源和无线业务时空二维动态变化的约束条件下,合理地进行资源管控成为充分开发可再生能源、减小网络能耗的关键所在。在设备侧,为支持海量设备的连接,5G将采用多种频谱复用技术(如非正交多址接入技术和终端直通技术等)。多种频谱复用技术的联合使用使设备间干扰变的异常复杂,因此,如何在复杂干扰情况下,设计高效的频谱分配、功率控制等资源管控技术来协调设备间的干扰、减小设备的功率消耗是高效节能资源管控算法设计所面临的严峻挑战。鉴于以上原因,本文致力于研究适用于无线蜂窝网络的高效节能资源管控技术,分别从网络侧和移动设备侧节能两个方面展开研究。在网络节能方面,本文针对基于能量收集技术的无线蜂窝网络设计了能量和业务动态调度技术和双向整形技术,从而减小了基站对传统电网能源的消耗。在移动设备节能方面,本文针对基于非正交多址接入技术的无线蜂窝网络研究了频谱和功率统一分配技术,从而降低了移动设备的发射功率。本文的主要内容概况如下:1.提出了一种能量-业务动态调度技术,解决了混合能源供给单小区下行蜂窝网络中长期电网功耗最小化的问题。该问题被建模为一个随机网络优化问题,其中包含了媒介接入控制层的资源分配和网络层的队列管理。基于李雅普诺夫优化技术和传统的优化理论,本文设计了一种高效的能量和业务动态调度算法。不同于传统的在线算法,本文设计的算法不依赖于任何随机过程(能量收集、业务到达和信道状态)的统计信息,仅根据当前的系统状态就可以动态地调整网络的控制策略(接纳控制、载波分配、能量分配和传输时长优化),从而适应系统的动态变化。此外,理论分析证明,本文所提的算法可以渐近地收敛到问题的全局最优解,所付出的代价是系统队列积压的增加。通过调整参数,本文所提的算法可以在电网功耗和队列积压之间取得不同的折中关系。最后,仿真结果验证了理论分析的正确性和算法的有效性。本文所提的算法具有低复杂度、易于执行的优点,可以很好的应用到实际系统中。2.提出了一种能量-业务双向整形技术,解决了混合能源供给多小区下行蜂窝网络中电网总功耗最小化的问题。特别的,本文将智能电网架构融入蜂窝网络中,对空间中的能量和业务进行双向整形,通过可再生能量和移动业务的匹配来减小电网功率的消耗。首先,针对中心控制网络,本文设计了一种集中式的能量-业务双向整形算法,该算法通过迭代地优化空间中能量的分布和业务的分布,最终实现各基站能量供给和需求的匹配,从而减小系统对电网功率的消耗。然后,针对分布式控制网络,本文基于集中式算法的设计思想提出了一种三阶段的分布式控制策略:1)负载感知的用户关连;2)小区内资源分配和功率控制;3)小区间能量的协作。该分布式策略仅需基站和用户进行局部信息交互便可独立执行。最后,仿真结果表明,本文设计的算法具有很好的收敛性、有效性和灵活性,相比于其他算法,本文的算法可以在能量供给和业务分配之间取得更好的匹配关系,从而充分地开发了可再生能源在空间中的多样性,大大减小了电网功率的消耗。本文的研究是对智能电网、能量收集技术和蜂窝网络的统一研究,所提的算法可以为绿色通信系统的设计提供理论指导。3.提出了一种频谱-功率统一分配技术,解决了终端直通(Device-to-Device)和蜂窝混合上行网络中移动设备发射功率最小化的问题。为了支持海量设备连接的需求,5G将采用多种频谱共享技术,如,稀疏码多址接入技术(SCMA,Sparse Code Multiple Access)和D2D。在D2D和蜂窝混合网络中,D2D用户采用正交频分多址接入技术(OFDMA,Orthogonal Frequency Division Multiple Access),蜂窝用户采用SCMA多址接入技术,这样可以大大提高网络的容量。然而,复杂的频谱共享模式也带来了严重的跨层干扰,这增大了移动设备的功率开销,降低了用户的QoE。为此,本文联合考虑模式选择、资源分配和功率控制,为D2D用户和蜂窝用户设计统一的资源管控算法。首先,本文根据SCMA码本和OFDMA资源块间的映射关系,分析出蜂窝用户和D2D用户间最佳的频谱共享模式:专用模式或复用模式。在专用模式下,本文将资源分配问题建模为图论中的流问题,并利用图论和优化理论的方法设计了最优的资源分配算法。在复用模式下,本文首先基于干扰图提出了一种顺序的资源分配算法,然后通过迭代功控来减小移动设备的发射功率。仿真结果表明本文的算法可以很好地协调蜂窝用户和D2D用户间的跨层干扰,从而大大降低移动设备的发射功率。