日益增长的数据流量需求推动着移动通信网络不断演进升级。小型无人机搭载空中基站具有成本低廉、灵活易部署以及视距连接等优点,在提升无线网络覆盖和容量方面具有潜在优势。然而,能否充分利用无人机空中基站带来的空间复用增益取决于无人机的移动性、飞行高度和部署密度以及波束宽度等多方面因素。因此,本文将探索无人机空中基站的加入对地面蜂窝网络性能产生的影响,分析关键网络参数对空地异构无线网络性能的作用机理,提出两种高效干扰管理方法提升网络性能。本文以能够有效表征无线网络容量的空间吞吐量这一指标为出发点,利用随机几何理论、概率论和优化理论等相关知识,对地面基站和无人机空中基站构成的空地异构无线网络性能进行了系统研究。主要研究内容及贡献如下:1.面向无人机空中无线网络(无人机搭载空中基站),考虑毫米波无线回程,建立了无人机盘旋半径、密度、波束宽度以及回程容量等网络参数与网络空间吞吐量的数学关系,分析了影响无人机空中无线网络性能的主要因素,提出了无人机基站波束宽度优化方法减轻网络干扰。研究发现,当无人机因盘旋而远离其关联用户时,有用信号功率衰减将增大,可能会造成用户连接不稳定。因此,用户关联方式对无人机网络性能具有重要影响。本文对比了两种典型关联策略(实时最近关联和半实时最近关联)下无人机空中无线网络性能。结果表明,实时最近关联策略时用户与水平距离最近的无人机基站关联,回程不受限情况下网络空间吞吐量不受无人机盘旋移动性影响,但增加了切换开销。然而,半实时最近关联策略下用户始终与盘旋中心水平距离最近的无人机基站关联,网络空间吞吐量随无人机盘旋半径增加而下降。此外,过度部署无人机空中基站将增大网络覆盖重叠,进而导致严重的空地干扰,恶化网络空间吞吐量性能。为减轻干扰,本文进一步设计了覆盖面积等效策略对无人机基站波束宽度进行优化。特别地,在回程不受限情况下,令无人机基站波束宽度随其密度的平方根成反比增加,网络空间吞吐量将随无人机密度增加而增加。2.本文进一步分析了地面基站和无人机空中基站构成的空地异构无线网络的空间吞吐量性能,给出了增设无人机基站能够提升网络容量的可行域,提出了空地异构无线网络的优化部署方案,并基于该异构网络中干扰结构新特征设计并优化了干扰管理方案。首先,基于空地异构无线网络空间吞吐量表达式,分析了无人机飞行高度及其部署密度对异构无线网络容量的影响,获得了增设无人机基站能够提升网络容量的可行域。为优化异构无线网络空间吞吐量,给出了无人机临界密度和飞行高度上限。无人机基站过密部署或者飞行高度过高,跨层干扰将占主导作用,恶化异构无线网络空间吞吐量性能。为缓解跨层干扰对异构无线网络空间吞吐量性能的影响,充分利用无人机空中基站的空间复用增益,本文设计并优化了基于概率的干扰避免策略。具体地,在每个时隙的开始,对无人机基站依概率保持激活。无人机基站依概率休眠,一方面可以减小跨层干扰对网络性能的影响,另一方面将有助于节能,增加无人机飞行时间。结果表明,采用优化的无人机基站激活概率,可以显著改善异构无线网络空间吞吐量性能,甚至无人机密集部署时,仍然可以有效缓解跨层干扰对网络性能的影响,空间吞吐量随无人机密度增加呈现出先增加后逐渐收敛的趋势。以上研究结果能够为空地异构无线网络的部署提供理论指导。