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随着移动互联网的飞速发展,各类移动信息终端的数量及用户对速率的需求都呈现爆炸式增长,这对移动通信网络的能量效率(Energy Efficiency,EE)提出了更高的要求。当前,异构蜂窝网络(Heterogeneous Network,HetNet),多输入多输出系统(Multiple-Input and Multiple-Output,MIMO)及毫米波(Millimeter Wave,mm Wave)等新技术的部署从多个角度实现了无线通信网络性能的优化。然而,密集小区及新技术的部署,使得系统能耗也急剧上升,探究有效的节能方法迫在眉睫。目前,能量与信息同传的无线携能通信网络(Wireless Powered Communication Network,WPCN)为能量收集(Energy Harvesting,EH)提供了支持,设备可以收集来自于周边基站信息传输时所携带的射频(Radio-Frequency,RF)信号能量,降低来自于电源的供能,为绿色通信的研究指明了一个方向。本文主要对无线携能异构蜂窝网络下的能效进行了研究,围绕MIMO网络,能量波束成形(Energy Beamforming,EB)及mm Wave网络三个方面,构建了能量收集场景,以随机几何(Stochastic Geometry,SG)为理论指导,建立了一个易处理的数学模型,对系统的电源能量供应概率(Power Supply Probability,PSP),吞吐量及EE等系统指标进行了推导分析,引入伪随机变量,得到了在不同场景下性能指标的近似闭合表达式,仿真结果验证了理论分析的准确性并给出了有洞见的见解。本文的主要创新点和贡献如下所示:1)针对无线携能MIMO HetNet场景,本文推导并分析了电源PSP,吞吐量及能效等性能指标。基于泊松点过程(Poisson Point Processes,PPP)分布的基站和用户,本文利用Campbell定理及概率生成函数(Probability Generating Functional,PGFL)在PPP中的数学特性得到了各项性能指标的闭合表达。结果表明,所提新网络场景下的性能明显优于传统网络。2)在无线携能MIMO HetNet的基础上,本文选择部分非EH基站采用最大比传输(Maximum Ratio Transmission,MRT)预编码方法,参与波束成形,它们可以形成能量波束成形层基站,收集额外的能量。本文基于随机几何工具分析并证明了能量波束成形节点的引入及无线能量收集的参与可以有效降低系统的功率损耗,同时显著提升MIMO异构蜂窝网络中的吞吐量和EE的性能。。3)针对Sub-6 GHz及毫米波混合组网的无线携能场景,本文假定在密集小区的小基站部署毫米波频段,获取更高的数据速率,密度较低的宏小区基站部署低于6 GHz的传统频段信号,确保信号的广泛覆盖,高增益的方向性天线配置于小基站,以避免mmWave高的近场路径损耗。本文基于随机几何工具分析并证明了混合网络在能效方面明显优于传统异构网络,高密度EH基站的部署可以进一步提升混合网络的能效,为未来的网络新部署提供了参考方向。