随着无线通信蓬勃发展,接入网络的无线设备数量飞速增长,人们对传输速率、网络覆盖范围以及通信安全等网络性能的要求日益提高,但能源和频谱资源的紧缺却严重限制了网络性能的提升,如何解决二者之间的矛盾是当前无线通信领域中亟待解决的问题。由不同类型接入点组成的多层、立体的异构蜂窝网络以及具有同时同频收发射频信号能力的全双工技术对提高网络容量和频谱利用率均大有助益,被认为是应对网络流量激增的有效方式。无线携能通信技术在传输信息的同时,也能充分利用宝贵的发射功率传输能量,是真正实现无线设备绿色可持续运行的一种很有前途的解决方案。对通信服务质量要求的不断提高,使得通信产生的能耗量持续增加,为了满足“绿色”、安全的通信需求,本文从能效优化和物理层安全的角度分析探讨了无线携能通信技术与全双工技术在异构蜂窝网络中的表现,主要开展了以下两方面的研究工作:（1）针对全双工异构无线携能通信网络的能效优化问题,提出了一种基于Dinkelbach和拉格朗日对偶原理的次梯度优化算法,在满足发射功率阈值限制条件以及宏蜂窝和毫微蜂窝服务质量要求的同时,通过合理有效的资源分配最大化毫微蜂窝的能量效率。为了解决非凸分式规划的能效问题,首先利用Dinkelbach方法对原分式问题进行转化,其次利用拉格朗日对偶原理及双循环变量法解耦两个优化变量并将其转化为两个等价的子问题,最后通过次梯度迭代算法对子问题进行迭代求解。仿真实验结果证明了所提具有自能量回收的全双工系统以及资源分配算法的可行性和有效性。（2）考虑到本文所提出的系统为多用户通信场景且无线信道具有开放性,因此合法用户机密信息传输的安全性显得尤为重要,本章进一步考虑了存在多个窃听节点时的通信安全问题,对物理层安全进行了深入研究,并提出了基于人工噪声辅助的波束成形设计方案。将传输安全问题建模为系统的安全能效最大化问题,在满足安全发射功率阈值、最低安全速率以及收集能量等约束条件下,通过联合优化人工噪声和信息信号波束成形矢量以及上行发射功率最大化安全能量效率,并为其提出了基于Dinkelbach和连续凸近似的双层优化算法。仿真实验验证了本文所提的资源分配双层优化算法的有效性,也证明了全双工以及人工噪声在提升系统安全能效方面的可行性。最后,对本文的研究工作进行总结,并展望无线通信网络未来可能的发展方向和趋势。