针对热点场景中流量业务需求以及超高速率、超低时延的大规模用户连接问题,第五代移动通信网络在传统技术基础上采用了毫米波、端到端(Device to Device,D2D)和超密集异构网络等关键技术。然而,多层异构网络的密集部署意味着用户会受到更复杂的层内或者层间干扰。同时,在热点区域,用户或者基站也会成簇分布,且不同层基站之间存在一定相关性,则传统上站点均匀分布或独立的齐次泊松点过程的假设已经无法更贴切的建模空间点分布。为此,本文基于泊松簇过程的建模方案对异构蜂窝网络进行分析和设计。具体工作如下:本文首先考虑了一个由微微基站(Pico Base Station,PBS)和毫微微基站(Femto Base Stations,FBS)组成的两层毫米波异构蜂窝网络,在该网络模型中为了更贴切模拟用户和基站的分布,采用了泊松簇的建模方案。在该方案中,把建模为独立泊松点过程的热点中心定义为父点过程,在其周围分布的节点建模为泊松簇过程。为了更好地实现簇用户的服务质量,提出了基于PBS最近距离比的簇分类方案,定义用户设备(User Equipment,UE)与其服务和干扰PBS的距离之比小于分类因子的为簇中心UE,否则定义为簇边缘UE。此外,为了提高频谱效率,提出了新的频谱共享分配方案,即把整个带宽划分为两个正交子带,分别由与PBS级联的簇中心和簇边缘UE使用。对于FBS中的用户,将根据带宽因子随机分配一个子带。继而推导了不同场景下簇用户的级联概率和频谱效率。研究表明,与无分类簇方案相比,联合考虑簇分类和频谱共享分配策略能显著改善簇用户的级联概率和频谱效率。其次,考虑到D2D传输对于异构网络的优良特性,本文分析了D2D混合通信的三层异构蜂窝网络。在该模型中,根据用户的业务流量需求和不同层基站的空间相关性,把PBS建模为泊松点过程,以PBS的覆盖半径为界限,将UE和FBS建模不同的泊松簇过程。在该方案中,用户不仅可以从基站获取请求内容还可以从邻近的UE获得。首先,提出了一种新的簇用户分类方案,即基于PBS覆盖的半径对不同簇用户进行分类。其次,将FBS分为有序和无序两种场景,前者UE会选择最近的FBS级联,后者UE会随机的选择FBS级联,有效的提高UE的级联概率。最后,考虑了新的干扰管理方案,将总可用带宽划分为两个正交子带,分别分配给PBS和宏基站。同时,受低功耗FBS本质的启发,簇中心FBS和簇边缘FBS分别共享两个子带,簇中心子带也由D2D共享。继而推导了不同簇用户的覆盖概率。研究表明,UE和FBS不同的分布方差对各层网络级联概率的影响也不相同。而在功率一定的情况下,PBS和FBS的半径越小,覆盖性能越好。