为满足下一代网络极高的容量需求,异构网络技术(Heterogeneous networks,HetNets)近年来得到了学术界的广泛关注和研究。传统地面异构网络适合具有长时间稳定的高业务量的场景,而基于无人机(Unmanned aerial vehicle,UAV)辅助通信的空地异构网络更加适合具有临时突发的高业务量的场景。然而,不同于具有高容量光纤回传链路的宏基站,异构网络中的小基站往往仅具有容量有限的回传链路,因此无法提供理想的容量增益。缓存技术已被公认为是解决异构网络回传链路容量瓶颈问题的一项重要技术,通过在业务低峰期预先缓存较为流行的文件,小基站能够在业务高峰时段通过本地缓存直接服务用户,因此不会受到回传链路容量的限制,并且能够实现较高的服务速率。因此,基于缓存的异构网络研究具有重要的意义。本文将基于随机缓存策略,分别研究地面异构网络和空地异构网络的容量性能,基于随机几何工具推导容量理论表达式,并基于凸优化理论优化缓存部署。本研究能够揭示各关键系统参数对异构网络容量的影响,为未来缓存网络部署提供理论参考。首先,针对地面异构网络,本文基于泊松点过程建模了由多天线宏基站和多天线小基站组成的双层异构网络,并同时考虑随机缓存策略和以用户为中心的小区间干扰消除策略。为充分减轻回传链路负担,本文采用以内容为中心的接入策略,用户接入的是最近的且缓存了被请求文件的基站。随后,基于概率论和随机几何工具,本文推导了平均用户可达速率的理论表达式,并基于凸优化理论求解了缓存部署策略在一般情况下的局部最优解和特殊情况下的近似最优解。仿真结果表明,相比于结合最大比传输和随机缓存,联合干扰管理技术和随机缓存能够实现较大的容量增益。此外,当基站配置的天线数目增加时,随机缓存技术能够带来更大的文件分集增益。其次,针对空地异构网络,本文考虑具有较高用户密度的有限覆盖范围的热点区域,建模了由单个地面基站和多个无人机组成的双层网络。为刻画更为实际的无人机网络模型,本研究考虑基于二项式点过程建模无人机位置。无人机具有缓存空间,因此其服务链路速率不会受限于回传链路。为刻画部署无人机带来的负载均衡收益,本文基于随机几何工具推导了速率覆盖率和区域频谱效率理论表达式,并基于凸优化理论求解了最佳缓存部署策略在一般情况下的局部最优解和特殊情况下的全局最优解。仿真结果表明通过部署少量无人机能够有效降低地面基站的用户负载,改善每用户可用带宽,进而实现较高的速率覆盖率和区域频谱效率。同时,为地面基站增加天线数目也能有效提高网络容量。此外,当无人机数目较少时,为保证用户接收信号质量,随机缓存将退化为最受欢迎缓存;当无人机数目较大时,随机缓存策略能够带来较大的文件分集增益,进而实现更高的网络容量。