在基站和终端之间引入中继节点能够显著提高无线系统的信号质量,扩大覆盖范围。信号可靠性增强意味着系统中每个发送节点所需要的发送功率降低。但是,系统中部署中继节点会带来系统额外的能量开销。同时,系统频谱效率的增加或者功率开销的降低并不等同于系统能效的提升。因此有必要分析网络中引入中继节点前后系统能效的变化,以及如何在最大化系统能效这个新的优化目标下分配功率等资源。针对上述有关绿色中继系统能效分析与优化的研究,本文将首先讨论如何建立中继系统的能效模型。在此基础上,本文将从链路和网络两个层面分析中继系统的能效性能以及系统参数对中继系统能效性能的影响。最后本文将研究如何分配功率和子载波等资源以实现中继系统能效最大化。本文具体的创新点如下：建立了中继系统具有一般性的能量消耗模型,分析了频谱效率与能量效率的关系。在能量消耗模型中,除了放大器发送功率带来的能量消耗外,还考虑了电子元器件的能量消耗。通过仿真比较了能量消耗模型中加入电子元器件的能量消耗对频谱效率与能效关系的影响。此外,还考虑了当信道质量较差造成数据包有误或者用户的服务质量无法满足时系统的能量开销。从链路和网络两个层面提出了能效度量的指标。推导了在误比特率一定时,中继系统在高斯白噪声信道和瑞利衰落信道下分别采用MQAM和MPSK时单位成功传输比特所消耗能量的理论表达式。并通过仿真计算得到了最优星座点大小,分析了系统参数对链路能效性能的影响。具体包括中继系统能效与传输距离、传输时间和接收端分集的关系。并比较了直传链路和中继协作传输链路的能效性能。提出了一种基于能效最大化的自适应传输模式。最后比较了对称中继系统和非对称中继系统的能量开销。为了进一步改善网络能效性能,本文提出了自适应时隙分配算法。根据信道状态信息的变化,动态分配时隙和发送功率以降低网络的能量开销。推导了点对点直接传输、平均时隙分配和自适应时隙分配中继协作传输单位面积能量开销的理论表达式。仿真结果显示采用自适应时隙分配中继协作传输的方式小区覆盖面积最大,并且不受中继节点位置变化的影响。但是中继节点数量的变化会显著影响中继协作传输的网络单位面积能量开销。同时仿真结果还表明不同传输方式可支持不同的目标频谱效率。在多小区中继系统模型下,讨论了不同基站和中继节点的数量组合对系统总的能量开销的影响。分析了既满足最小化网络单位面积能量开销又满足用户目标频谱效率时,基站和中继节点数目的折中关系。仿真结果发现在没有最大发送功率受限时,点对点直接传输和中继协作传输都存在特定的小区半径使得单位面积能量开销最低。与点对点直接传输相比,中继协作传输单位面积能量开销对应的小区半径更大。最后通过仿真分析了能量消耗模型参数对系统能量开销的影响。在中继系统能效分析的基础上,分别针对多用户下行OFDMA直传系统和中继系统提出基于能效最大化的功率和子载波分配方案。在多用户下行OFDMA直传系统中,根据Dinkelbach方法提出了一种具有超线性收敛性的基于循环迭代的次优算法。在每一次循环迭代中,根据KKT条件和拉格朗日因子,利用次梯度法得到功率分配和子载波分配的闭式解。对于多用户下行OFDMA中继系统,在考虑了用户公平性的前提下,最大化基于时间平均的单位焦耳所传输的比特。分别推导了子载波分配、源节点和中继节点功率分配迭代优化两个子问题的解析解。最后,仿真结果表明所提出的优化算法具有优越的系统能效性能和快速的收敛速度。