5G标准中候选的关键性技术包括大规模MIMO、小小区技术、全双工、毫米波等等。本文主要研究同时运用大规模MIMO与兼有宏小区和小小区的异构网场景中的波束赋形技术,优化目标包括两个方面,分别是系统的能量效率与物理层安全。首先研究在宏基站配置大规模MIMO,同时宏小区中部署小小区的异构网场景中,以能量效率为优化目标,进行波束赋形设计的问题。从最小化系统消耗的功率以及最大化用户和速率这两个方面研究提高能量效率的波束赋形方法。第一个部分研究在满足系统服务质量要求的条件下最小化系统消耗功率的最优化问题,将这个问题转化为凸优化的形式求解。第二个部分,研究在系统总功率约束条件下,最大化用户和速率的最优化问题。通过近似方法将这个问题转化为几何规划的形式,再通过迭代方法求解。其次,研究存在窃听者的大规模MIMO场景中,通过波束赋形设计提升系统的安全容量的最优化问题。宏基站配置大规模MIMO,小区中的每一个合法用户都被一个窃听者窃听。安全速率定义为合法用户的速率与其窃听者的速率的差值。优化目标是通过波束赋形设计,最大化所有用户的安全速率之和。为此,通过基于半正定松弛以及泰勒展开的近似方法,将原问题转化为凸优化问题的形式,并且,通过迭代方法,进一步提升系统的安全和速率性能。文中证明了迭代方案的收敛性,仿真结果也验证了所提出算法的有效性。本文还提出了一种次优的低复杂度的功率分配方案。