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随着移动互联网的发展，越来越多高速率要求的应用与服务出现并刺激着无线通信服务速率的增长。除了多天线技术、调制解调、编码解码、干扰相消等技术的采用，无线中继也作为一个重要的手段用以增加用户覆盖并提高信道容量。作为基站以外的一种通信协助设备，中继具有接受、处理并转发基站信号至盲区用户的能力，同时避免了直连光缆的铺设从而大幅度节约成本。
多天线中继的研究面临若干问题。在如今带宽资源日益紧张的环境下，大幅度增加发送功率成为无线通信中提高信道容量的主要手段。而为了追求高信道容量采用过量的发送功率，往往导致系统整体的能量效率偏低。因此为了保证信道容量和覆盖并提高能量效率，多天线中继被引入。同时在近年来基站与中继天线数量增加和用户数量增加的背景下，无线信道状态信息矩阵变得愈发庞大，因而基站与中继对瞬时波束成形和处理矩阵的设计计算量也越来越大。在此情况下减小计算强度并设计快速算法也就显得很有必要。本文针对单小区中继网络模型的基站与中继发送设计，从能量效率优化和快速算法两个角度去进行研究。
单小区中继网络模型下的能量效率优化问题:我们针对下行链路的能量效率优化问题，提出两种放大—转发中继处理矩阵设计方案。两种方案具有不同的复杂度与能量效率性能。能量效率优化问题目标函数采用分数优化求解。我们在文章中推导了同样约束条件下的发送功率最小化问题作为比较。之后，我们将单小区多天线中继问题下的能量效率优化，通过引入服从复高斯分布随机变量的估计误差，拓展至信道状态信息非完整的情况。通过仿真观察在信道估计误差程度不同时，系统的能量效率性能变化。
单小区多天线中继模型最小信干噪比最大化问题的快速算法:本文讨论两种情形，即多点—中继—多点的用户间模型和基站—中继—用户的下行广播模型。前者我们采用信源功率分配，后者我们采用波束成形，并均在中继采用线性放大方案以优化最小信干噪比。我们引入基于非负矩阵理论的迭代方案，将系统最小信干噪比转换为条件特征问题，并通过迭代求解。对于基站—中继—用户模型的发送波束成形问题，我们通过中继广播信道的上下行对偶性求解最优虚拟上行接收波束成形。同时，文章中我们给出快速算法和半正定规划算法的复杂度对比，并通过仿真说明，两者在达到基本相同的性能的时候，快速算法无论是计算时间还是迭代次数均远小于半正定规划。