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现在人们正在进入宽带移动互联网时代，云计算、物联网以及大数据也正在步入我们的生活。移动智能终端作为这些应用的操作平台，人们对其提出了更高的要求，例如更高性能的硬件、更快的传输速度、永远在线的通信能力等，这些性能的提升往往会导致移动智能终端更高的能耗需求。这就造成了移动智能终端的电量需求得不到保证，不足的续航能力严重影响了用户的使用体验。为了提高移动智能终端的能量效率，延长终端的使用时间，工业界和学术界在近几年从各个层面做了大量的研究与改进。但在这些的研究中，有一些因素没有得到充分的考虑，仍有提升空间，比如: 1.在终端层面上，不同的放电方式会影响供电单元最终提供的电量，很少有研究者在移动智能终端的能效优化时考虑到了供电单元的放电特性。 2.在通信链路层面上，对移动智能终端能效起决定作用的网络MAC层在高负载网络中的能量效率很低，其在能效优化方面仍有提升空间。 3.在网络层面上，不同基站的规划方案会影响终端的能量效率，而在网络能量效率研究中很少有文献考虑到了不同的网络规划对终端能效的影响。 本文通过理论分析、硬件测试、跨层优化等手段，分别从终端层，通信链路层以及网络层这三个层面出发，对如何提高移动智能终端的能量效率做了研究，最终实现了移动智能终端能量效率的有效提高。具体的，全文的主要贡献在于以下几个方面: 其一，在终端层面，本文创新性的结合电池的放电特性，利用跨层优化的方法对移动智能终端能效的提高进行了研究。首先通过搭建的电池放电特性测试平台，对移动智能终端电池的恢复特性进行了测试，得出了电池恢复能力与前一阶段放电方式的关系。并通过测试进一步得到了移动智能终端的通用耗电模型。然后，将电池的恢复特性与移动智能终端硬件的工作策略相结合，提出了电池状态感知的硬件工作状态调度协议。此协议可以在保证业务的QoS要求下，最大限度的利用电池的恢复效应来延长移动智能终端的使用时间。最后我们进行了将此协议应用于在线音乐业务中，测试结果表明此种方案对延长移动智能终端使用时间的效果可达9％。 其二，在通信链路层面，本文对在终端能效方面起决定性作用的MAC层进行了能效分析并提出了改进方案。首先通过经典的二维马尔可夫模型以及拓展的三维马尔可夫模型，分别分析了饱和状态以及非饱和状态下，采用基于二进制指数退避的载波侦听机制(CSMA/BEB)的IEEE802.11网络的性能与能效。进一步的，为了提高MAC层的性能与能效，本文创新性的利用网络中各终端数据包成功发送顺序这一历史信息，将传统的二进制指数的随机退避策略(BEB)改进为基于ACK信号计数的退避策略(AAB)。AAB策略可以大大降低由于不同终端退避到同一时隙造成的传输数据包的碰撞，提高了MAC层数据发送的成功率，进而提升了移动智能终端的能量效率。仿真表明，为了达到CSMA/BEB饱和吞吐率，CSMA/AAB协议与CSMA/BEB协议相比，其发射能耗节省达到了57％。 其三，在网络层面，本文首次系统的研究了在无线异构网络中布设低功耗基站对移动智能终端能量效率的影响。首先，本文创新性地提出了一种综合考虑了基站侧以及终端侧两方面的能量效率指标。通过此能量效率指标，运营商可以从整体能量效率的角度，对布设某个新的低功耗基站是否合适做出判断。然后，本文求出了在不同用户分布模型的情况下，宏小区—微小区以及宏小区—微微小区两种网络场景中，低功耗基站的布设参数与终端能量消耗的关系，并分别得到了以终端最大节能和整体网络能效指标为优化目标的两个最优低功耗小区半径。通过仿真，可以发现布设新的微基站对微小区内的终端节能最高可达18％，对网络中的全部终端的平均节能也达到了4％。