全双工(Full-Duplex,FD)模式数据收发同时的特性,提升了频谱效率,降低端到端时延。其与中继技术的结合,能带来更高传输数据速率、频谱效率和能源效率。再加上最近一些硬件上先进的自干扰(Residual Self-Interference,RSI)抵消技术发展,全双工中继技术有望应用于下一代无线网络中。另外,由于移动互联网的蓬勃发展,信息与通信技术产业的总能耗目前占据全球能耗总量的2%～4%,并且能耗每年以1 5%～20%的速度迅猛增长。系统能耗的急速增长已经成为未来通信系统急需解决的问题,而且如今环境日益恶化,资源日益短缺,能效优化通信引起了极大的重视和关注。在保障用户服务质量(Quality of Service,QoS)要求下,进行全双工中继系统能效优化研究不仅有利于推进全双工中继技术的研究,也具有巨大的生态价值。因此,本文针对基于QoS保证的全双工中继系统的能效优化展开研究,主要的研究内容和创新点如下:首先,本文研究双向传输全双工中继系统的能效优化。考虑实际非理想电路条件、直传链路的协作增益以及中继节点的自干扰下,在满足数据速率约束的条件下,通过联合优化发射功率和系统传输时间,提出了双向传输全双工中继系统的能效最优的资源分配方案。仿真结果表明提出的联合优化方案在上下行负载均衡场景优化效果明显。此外,在高速传输的要求下,直传链路的增益明显,具有更强的抗干扰能力。相比于半双工模式,全双工模式具有更高的系统容量,尤其当中继节点的RSI较小的时候,全双工模式在能效方面的优势全面超过了半双工模式。其次,本文研究支持缓存的全双工中继系统的能效优化。基于用户侧的行为数据信息挖掘用户行为特征,给出用户的偏好度量矩阵,并根据用户的偏好度量矩阵建模了支持中继缓存的全双工中继系统的能效优化问题。基于遗传算法求解了该问题,设计出一种中继缓存内容配置方案最大化系统能效。仿真结果表明本章提出的缓存分配方案相比与传统的缓存分配方案,提升了缓存内容的命中率,对中继系统的能效性能提升更加明显。最后,本文研究考虑时延保障的全双工中继系统的能效优化。考虑实际全双工中继场景,在保证时延约束的条件下最大化系统能效。首先基于排队论建模了全双工中继系统业务传输的排队模型,给出了统计意义上的时延来表征用户的QoS要求,进一步本文设计了功率分配算法使能效最大化。仿真结果表明考虑直传协作的功率分配方案提升了中继节点抗干扰能力,具有更优的能效优化性能。