移动通信基站数量、终端数量以及数据业务量的高速增长,使得能源和无线电频谱成为未来移动通信日益稀缺的资源。因此,迫切需要通过整合通信技术与能源技术现有的研究成果,实现满足人们对高效可靠信息交互的需求,并能够有效应对能源和频谱短缺的压力。从而,将新能源的引入无线通信系统已经引起了业界的广泛关注。一方面,能量受限的无线网络由于电池的容量有限,只有有限的运行时间。而更换电池或重新充电很不方便,甚至是有害的或不可能的。另一方面,利用多输入多输出(Multiple-InputMultiple-Output,MIMO)等现代通信技术使得远场无线能量传输(Wireless Power Transfer,WPT)成为可能。因此,一种更方便、安全且绿色的选择是从无线射频信号中采集能量,这样可以为无线设备提供永久的能量供应。同时,面对未来数以亿计的无线接入设备,物联网、传感网等无线网将在货物追踪、预测山体滑坡或森林火灾等众多场景将充当重要角色。结合无线信息传输(Wireless Information Transfer,WIT)系统及WPT系统的无线信息与能量同时传输(Simultaneous Wireless Information and Power Transfer,SWIPT)系统在这样的需求背景下应运而生。未来移动通信的网络拓扑呈现出越来越不规则的趋势,small cell的部署,超密集组网(UltraDenseNetworks,UDN)架构的引入,使得信号源分布复杂,小区形状及覆盖范围变得更加混乱。针对目前SWIPT对于异构蜂窝网络尚缺乏系统的研究及有效的评估方法的研究现状,本文针对异构蜂窝网络下的SWIPT系统进行了分析和设计研究。首先,本文针对研究SWIPT系统下功率分割(Power Splitting,PS)模式,建立可靠的异构网络分析模型,包括基站部署模型、信道模型、用户接入模型等,定义网络覆盖率、用户平均采集能量、小区平均吞吐量等性能指标。并从理论上推导出异构网络SWIPT系统下的网络覆盖率表达式、用户平均采集能量表达式和小区平均吞吐量表达式。通过蒙特卡洛仿真及数值仿真本文验证撰述理论推导的正确性,并据此对系统性能进行了分析;其次,本文提出在网络覆盖要求的限制条件下最大化用户平均采集能量的最优化问题,并利用随机几何工具,求解其结果并据此结果提出两种优化方案:首先提出各层固定功率分配比值的最优方案,系统仿真验证所提方案的有效性;进一步地,本文提出基于位置的动态功率分割方案(Dynamic Location-based PS Ratio Design,DLPS)方案,并针对该方案提出在蜂窝网络中的实际应用流程。仿真结果表明,在系统覆盖要求大于0.7时,平均采集能量相较于固定功率分配比值性能提升超过30%,并同时保持了网络覆盖性能。