随着人类社会信息化、智能化和第五代移动通信网络（The 5th Generation Mobile Networks,5G）技术的推动,物联网、无线传感器网络等能量受限网络得到快速的发展和部署,移动终端的数量和数据需求呈现指数级增加,这对无线网络系统的容量、可靠性、覆盖率以及能耗等关键指标提出了更高的要求。此外,由于网络节点携带的能量有限、难以保证长时间持续工作,已经成为制约网络大规模部署的主要瓶颈。如何保证网络中无线节点能量供应和信息需求的前提下,降低网络能耗且延长工作时间是未来无线能量受限网络发展面临的重要问题。为了解决此问题,一方面通过不断发展和演进先进的无线通信技术,如多天线技术和中继技术等,来降低节点的能耗、提高网络能量效率和频谱效率;另一方面通过引入无线能量收集（Energy Harvesting,EH）技术,从周围的环境中采集可再生能源或可重复利用能源为网络节点持续供电。因此,结合无线信息传输和无线能量传输技术,研究无线网络系统的性能对推动无线EH在物联网等无线能量受限网络中的实用化极为重要。本文基于与实际EH电路特性更匹配的非线性EH模型,针对非移动和移动的物联网典型场景,研究无线信能同传（Simultaneous Wireless Information and Power Transfer,SWIPT）网络的系统性能优化和分析。在非移动场景中,用户是同构到异构,网络拓扑是从单跳到多跳,分别探究了系统传输功率最小化和网络中断性能界问题。在移动场景中,从地面到空中移动分别研究了信息-能量域和网络覆盖问题。创新性工作主要包括:1)为了寻求同构多用户SWIPT网络系统的最小功耗,构建发射功率最小化问题,即在分别满足信息能量用户和信息用户的信干噪比需求、以及满足信息能量用户和能量用户的能量需求的约束下,最小化系统所需总发射功率。通过采用半定松弛（Semidefinite Relaxation,SDR）和变量替换的方法,求解该问题。在多个同构用户不完全共存的场景下,从理论上证明了所提求解方法保证了全局最优性。在多个同构用户完全共存的场景下,通过仿真讨论了全局最优性。仿真结果验证了所提求解方法的可行性和准确性,并表明了非线性系统比线性系统消耗更少的发射功率。2)为了寻求异构多用户SWIPT网络系统的最小功耗,构建发射功率最小化问题,即在分别满足基于功率分割接收机（Power Splitting,PS）用户和基于时间切换接收机（Time Switching,TS）用户的信息速率和能量需求的约束下,最小化系统所需总发射功率。由于问题非凸,提出了一种基于SDR的两层算法（即双层优化算法）,并从理论上证明了该算法的全局最优性。此外,还提出了一种基于连续凸近似（Successive Convex Approximate,SCA）的算法,利用一阶泰勒近似能够找到低复杂度的近似最优解。仿真结果验证了所提算法的可行性及准确性,并且挖掘出在相同能量需求下,TS用户比PS用户更容易进入实际EH电路的饱和区、TS用户的EH效率高于PS用户,这为实际网络中用户类型的选取提供了理论指导意义。3)为了挖掘不完美信道状态信息（Channel State Information,CSI）下多中继SWIPT网络系统的中断性能界,提出了一种基于J次最佳中继选择和发射天线选择的传输协议,推导得到了系统中断概率和可靠吞吐量的闭式表达式,以及在低信噪比（Signal-to-Noise Ratio,SNR）和高SNR下相应的近似表达式。仿真结果表明理论结果与蒙特卡洛仿真结果相吻合,证明了理论分析结果的有效性和准确性。讨论分析了发射天线、接收天线、能量转换效率和不完美CSI精度等参数对系统性能的影响,并且表明采用非线性EH模型减少了采用线性EH模型对系统性能的错误评估。4)为了揭示地面移动SWIPT网络的信息和能量之间的折中关系,定义了信息-能量（Information-Energy,I-E）域,构建了相应的优化问题。对基于逻辑EH模型的优化问题,提出了SCA算法,能够以较低的复杂度刻画I-E域的下界。对基于线性和分段式EH模型的优化问题,利用拉格朗日对偶方法和KKT条件得到了相应的闭式和半闭式解。仿真结果表明逻辑EH模型下I-E域小于线性和分段式EH模型下I-E域。在移动速度固定的情况下,当发射功率较大时,逻辑EH模型可以用分段式EH模型来代替。对于给定移动时间,移动速度越高,三种EH模型下的I-E域越小。5)为了探究低空移动SWIPT网络系统的覆盖率问题,考虑UAV辅助的SWIPT网络,利用二维泊松点过程理论对系统进行建模,研究分析系统信息、能量、联合信息-能量的覆盖性能界。针对该系统,利用随机几何和坎贝尔定理等理论分别推导出了基于PS和TS系统覆盖率的一般和闭式表达式。仿真结果表明非线性系统比线性系统具有更低的覆盖率,但是避免了采用线性EH模型带来的错误的系统性能评估。此外,非线性EH模型对基于TS系统的能量覆盖率的影响大于基于PS系统。