在传统蜂窝系统中,通常采用部分频率复用方案避免小区间的相互干扰,但部分频率复用却导致了频谱利用率的大为降低。换而言之,在蜂窝通信系统中,可靠的通信性能与高的空间频率复用率往往不能兼顾。为解决该问题,最可靠方法就是通过缩减小区覆盖范围或拉近发射端和接收端之间的传输距离实现二者性能的同时提高。但是,这不可避免地需要部署更多的网络设备,如微小区、分布式天线和中继等。对于网络运营商来说,部署更多的网络设备就意味着运营成本的大幅提升,更为重要的是,这些设备在应对不断增长的室内无线数据业务时存在难以克服的困难。为解决上述问题,毫微微小区作为一种改善室内覆盖、提升室内吞吐量的低成本解决方案,得到了业界的广泛关注。毫微微小区辅助蜂窝系统可划分为宏蜂窝小区层和毫微微小区层两层,这种网络结构称为双层毫微微小区网络。考虑可用频谱资源的稀缺性和网络部署的简便性,网络运营商倾向两层传输使用相同的频谱资源。由于宏蜂窝小区和毫微微小区之间,以及不同毫微微小区之间传输协调受限,并发传输将会引起层间和层内干扰,而这种层内和层间干扰必然会导致传输性能和网络吞吐量的下降。本文通过采用泊松点过程建模随机分布的毫微微小区,研究了全局频率复用双层毫微微小区网络的下行中断性能、覆盖和吞吐量,量化了不同网络参数对下行传输性能的影响,为双层网络传输性能的优化提供了理论基础。此外,为保证蜂窝用户的传输性能和提升网络吞吐量,本文基于OFDMA系统提出了两种的资源管理方案,促进了毫微微小区的部署能够提供切实的利益。具体来说,本文的研究内容如下：(1)基于同信道干扰限制场景和路径损耗模型,研究了每层下行传输的中断性能。在路径损耗指数通用情况下,通过将干扰毫微微小区划分为近域节点和远域节点,本文分别推导了每层下行中断概率的紧凑下边界和上边界。在许多经验路径损耗模型中,室外传输环境下的路径损耗指数通常取值3.8-4。当层间或层内干扰信号的路径损耗指数a=4时,由于来自毫微微小区的聚合层间或层内干扰服从Levy平稳分布,本文推导了每层下行平均中断概率的闭式表达式。(2)由于层间干扰的影响,靠近宏基站的毫微微小区无法完全覆盖室内服务区域,边缘室内用户将切换到宏蜂窝小区。而对于远离宏基站的毫微微小区,覆盖范围将扩展到室外区域,覆盖区域内蜂窝用户的下行传输将经历严重的层间干扰。有鉴于此,基于长期平均接收功率判决,本文讨论了不同场景下毫微微小区的覆盖。根据用户的信号和干扰模型,毫微微小区的服务区域和覆盖区域可以划分为不同的地理区域,本文分析了每个地理区域内用户的下行接收SIR和平均吞吐量。进一步地,考虑等时隙轮询调度系统,获得了蜂窝用户和室内用户的平均吞吐量。(3)注意到采用多天线传输可以提高空间频率复用和增强用户抵抗远近效应的鲁棒性,但对于发送波束赋形方案来说,如果用户通过具有延时的有限速率信道将信道状态信息反馈给基站,多用户MIMO传输将存在用户间干扰,这必然会导致系统的传输性能的急剧下降。正因为此,基于非理想反馈信道和多用户发送波束赋形方案,本文推导了每层下行传输的成功概率,讨论了有限速率反馈和反馈时延对MIMO传输性能的影响。不仅如此,本文还讨论了QoS需求限制下的每层的覆盖区域和最大毫微微小区竞争密度,详细分析了多用户MIMO传输对双层网络覆盖和空间频率复用的影响。(4)注意到在全局频率复用双层网络中,层间干扰不仅严重影响了蜂窝用户的下行传输性能,而且限制了网络吞吐量的提升。为了优化双层网络性能,本文基于OFDMA系统提出了两种资源管理方案。方案一定义了蜂窝用户的层间干扰限制区域,通过将区域内毫微微小区的下行传输分配到正交的子载波上使蜂窝用户下行传输的中断概率满足QoS需求。在方案二中,宏蜂窝小区和毫微微小区共享部分子载波,通过调整共享子载波的分配比例,在每层用户的下行平均吞吐量满足QoS需求条件下最大化网络的平均吞吐量。综上所述,本文研究了全局频率复用下单天线和多天线双层毫微微小区网络的下行传输性能,为双层网络的性能优化提供了理论基础。进一步地,对双层网传输性能的优化进行研究,提出了两种资源管理方案,有效地改善了蜂窝用户的中断性能和网络平均吞吐量。