多层多小区无线网络指的是在宏基站覆盖网络内,有针对性地在某些区域加入一些小型基站,从而形成多个层次的蜂窝网络结构。在多层多小区网络提出之前,研究者通常使用小区分裂等技术来提升系统的频谱利用率。与该技术相比,多层多小区网络的网络建设更加灵活,且有较低的设备建设成本和维护成本,因此多层多小区网络的研究有着重要的意义,也受到了学术界和产业界的广泛关注。小型基站与传统宏基站相比有其自身的优势,但也在组网等方面也带来了挑战。在本论文中,对多层多小区网络的性能进行建模分析与性能优化。本论文分别从基于静态干扰和基于动态干扰两方面对多层多小区网络性能进行研究。在静态干扰场景,主要采用用户的信干噪比(Signal to Interference plus Noise Ratio, SINR)作为指标进行研究。首先,搭建了多层多小区网络的系统仿真平台,并对系统的信道模型和干扰模型进行建模。在所建立的模型上,研究小型基站部署对多层多小区用户网络容量带来的影响。更进一步的,针对边缘用户吞吐量性能指标,采用部分频率复用等技术提升系统的性能。在动态干扰场景,研究多小区用户接入的性能分析。在现有研究中,大多数文献都采用静态干扰模型对干扰基站进行建模。但是由于小型基站功率较低,接入用户较少,可能处于空闲状态,因此用户受到的干扰情况也有可能改变。在这种情况下,静态模型不能很好地分析系统性能。在本论文中研究了包含无线信道快衰落和队列数据包动态到达的动态干扰模型。在研究过程中,建立二维离散时间马尔科夫链求解模型。由于马尔科夫链的状态数随着系统中用户数的增加而呈指数增长,引入随机Petri网,对模型进行分解和值迭代,近似地求解系统的稳态概率。通过稳态概率计算系统的平均吞吐量、平均队长、丢包率、平均时延等性能。最后,通过仿真结果来验证理论结果的准确性。