为满足无线通信业务爆炸式增长的需求,下一代无线网络的容量面临着提升1000倍的挑战。为了应对这一挑战,第三代合作伙伴计划(3GPP)提出了通过采用新型的异构蜂窝网络架构(即在传统蜂窝网络中引入微蜂窝、家庭基站以及中继节点等低功率节点)来提高频谱空间复用率,从而提升网络容量。异构蜂窝网络容量是指网络能够为用户提供的最大数据速率,网络容量的研究将为异构蜂窝网络的部署、参数配置以及协议设计提供重要的理论依据。异构蜂窝网络区别于传统蜂窝网络的主要特点是,由频谱共享和地域重合而引入的同频干扰。同时,由于异构蜂窝网络中的干扰源来自于相同的集合,网络干扰具有时空相关性。这一特点使得异构蜂窝网络容量的研究无法直接采用传统蜂窝网络容量研究的方法。因此,异构蜂窝网络容量研究极具挑战性,且具有重要理论和实际意义。鉴于此,本文致力于研究异构蜂窝网络的容量,探索多跳传输机制、重传策略以及网络拓扑对网络容量的影响,为系统设计提供有价值的理论指导。其主要研究内容和成果简述如下:1.基于多跳传输机制的异构蜂窝网络容量研究定量分析了异构蜂窝网络采用多跳传输机制时的网络容量,研究表明在给定信干比门限值时,多跳传输机制增大了异构蜂窝网络的覆盖率,但由于网络要为多跳传输链路分配部分资源而降低了网络容量增益;此外,我们还揭示了系统参数对网络容量的影响,为系统参数配置提供理论依据。基于多层独立的泊松网络模型,采用随机几何分析方法,我们获得了异构蜂窝网络的覆盖率和网络容量的闭式解。重要的是,我们还给出了网络覆盖率和网络容量随基站密度以及发射功率的增加而增大的条件,为系统设计提供了理论依据。我们的分析结果具有一定的普适性,其不但适用于异构蜂窝网络,还适用于传统蜂窝网络以及多跳蜂窝网络。2.基于混合自动重传请求策略的异构蜂窝网络容量研究定量分析了异构蜂窝网络干扰的相关性,分析了网络采用混合自动重传请求策略时的网络容量,揭示了系统参数对网络容量的影响,为重传策略的设计提供理论依据。研究表明,网络干扰相关性减少了网络采用自动混合重传策略时的分集增益,从而降低了网络容量。首先,我们使用随机几何的分析方法计算了干扰的时空相关系数。研究发现,在多层独立泊松网络模型下,网络层数、基站密度以及发射功率不会影响干扰的相关性,而增加信道以及介质访问控制层的随机性会降低干扰的相关性。然后,我们在考虑干扰时间相关性的前提下,分别计算了网络采用传统混合自动重传请求策略以及基于软合并的混合自动重传请求策略时的网络容量。研究指出考虑网络重传策略时,网络性能由干扰的瞬时分布和干扰的时间相关性共同决定,且忽略干扰相关性的分析结果高估了网络的实际性能。进一步,揭示了系统参数对网络性能的影响,并指出增大具有较高性能的那层基站的密度或发射功率会增加整个网络的性能。3.基于基站位置相关模型的异构蜂窝网络容量研究定量分析了异构蜂窝网络基站位置之间的相关性对网络干扰相关性以及网络容量的影响,揭示了系统参数对网络容量的作用,为网络部署提供理论依据。研究表明基站之间的聚集作用将增大网络干扰的相关性,从而影响网络容量。考虑异构蜂窝网络中小基站之间成簇的现象,我们首先计算了干扰的相关系数从而量化了干扰在泊松簇网络中的时空相关性。我们发现干扰源的聚集作用使网络干扰相关性增大。进一步,我们发现干扰相关性随每个簇中点的平均个数的增加而增大,而随每个簇的半径的增加而减少。然后,我们分析了异构蜂窝网络在同时考虑基站位置之间的相关性以及干扰时间相关性时的网络容量。研究指出忽略干扰相关性的分析高估了网络性能,且高估的量随每个簇中点的个数的增加而增大,随每个簇的半径的增加而减少。我们还发现,对于宏用户,同时考虑层间-层内相关性的网络性能比只考虑层内相关性的性能好。因此,为了提高网络性能,建议将小基站成簇地部署在宏基站的边缘。