第五代移动通信网络5G的目标是更好地满足用户对于高速数据流量业务的需求。与此同时,多种接入技术在同一片区域内共存,无线网络的可用授权频段带资源十分有限,这对无线网络的接入控制和资源分配提出了严峻的挑战。在应对该挑战的过程中,LTE在非授权频段（LTE in the unlicensed bands,LTE-U）作为当今5G网络中采用的技术之一,可以将急剧增加的蜂窝流量卸载到非授权频段,从而缓解授权频段流量的压力。因此,将LTE在授权频段的链路扩展至非授权频段运行的技术已经成为了当下工业界与学术界研究的热点。近年来,有大量研究聚焦于LTE和Wi Fi在非授权频段的共存技术,包括研究如何调整LTE中介质访问控制（Media Access Control,MAC）层的协议实现与现有的Wi Fi系统和谐共存,以及分析该共存场景下的网络性能。对于Wi Fi网络基于马尔科夫链的建模工作已有成熟的研究,经过修改后的Wi Fi理论模型也同样适用于LTE在非授权网络中采用的竞争机制。本文针对LTE和Wi Fi在非授权频段共存的异构无线网络场景,着重研究了如何实现LTE系统在非授权频段的服务质量（Quality of Service,Qo S）,提出了LTE在非授权频段实现载波聚合的方案,优化了LTE在非授权频段场景中多种业务类型的系统。本文的主要贡献如下:首先,本文在LTE在非授权频段与Wi Fi系统共存的场景中,基于授权频段辅助接入（License-Assisted Access,LAA）的机制,针对如何保证LTE设备在非授权频段的服务质量Qo S的问题进行了研究。LAA是3GPP定义的LTE-U标准技术之一,用于辅助LTE在授权频段的业务。本文应用马尔可夫链分析的方法建立了LAA和Wi Fi异构网络在非授权频段场景下的系统模型,其中LAA采用先听后说（Listen before talk,LBT）的机制与Wi Fi站点在信道中竞争传输机会。本文定量分析了饱和Wi Fi流量条件下请求接入系统的LAA eNB的MAC时延分布,并定义了时延中断概率。在此基础上,本文提出了一种保证LAA时延的接入控制方案,根据系统的性能来评估系统是否应该接入目标LAA eNB。本文在LAA时延分析中引入了二进制的指数退避机制,并考虑了由于冲突碰撞或成功传输而导致时隙繁忙的冻结的时间。最后,仿真模拟的结果验证了本文对于时延的分析模型十分符合实际应用场景。因此,本文提出的接入控制策略对系统性能和接入公平性分析均提供了重要的参考。其次,本文基于LTE在非授权频段与多个Wi Fi系统共存的场景提出了一种确知性载波聚合（Deterministic Carrier Aggregation,DCA）的机制。该机制可以使得LTE eNB在非授权频段中聚合预定数量的信道以实现高速率的数据通信。本文详细介绍了该机制的MAC层设计,尤其是LTE在聚合非授权频段信道时的退避过程。随后,本文针对DCA机制,在非饱和Wi Fi流量的条件下,分析了一定流量范围内LTE和Wi Fi的碰撞概率以及两者对系统的信道占用率,为系统的性能分析提供了重要参考。最后,仿真结果验证了当LTE eNB在一定的流量负载条件下与多个Wi Fi系统共存时,DCA机制的可靠性以及我们的分析结果的正确性。DCA机制对于高速率应用程序效果显著,并且在LTE非授权频段中实现了高速率的移动宽带应用程序的接入控制。最后,本文研究了LTE授权频段和非授权频段的应用场景中多种业务类型的优化问题。在车联网的场景下,车辆用户在非授权频段采用LBT的方式参与信道资源竞争,该方式相比传统的简单卸载流量至Wi Fi网络方式以及只使用LTE非授权频段而不改变协议的竞争方式,更加公平有效。本文对于不同用户的业务类别进行了区分,采用不同满意度指标衡量不同的业务。最后,本文以系统总体用户满意度最大化为目标,对车辆用户使用授权频段与非授权频段进行整体的联合优化,为车辆用户如何协同高效使用授权频段与非授权频段的资源提供了有价值的参考。