近年来由于移动互联网行业的蓬勃发展,对移动通信数据的需求呈现爆炸性增长,因此第五代(5 gengeration,5G)移动通信技术的研发工作正在加紧进行中。移动用户和无线流量的迅速增长,使得新一代通信系统面临频谱资源严重短缺的问题。毫米波频段中存在大量可用的频谱资源,可以有效的解决这个问题,因此毫米波通信是5G通信的关键技术之一。毫米波异构蜂窝网络可以使网络获得更高的数据速率和更大的覆盖范围。本文基于随机几何理论,对毫米波异构蜂窝网络进行建模与性能分析,主要研究工作有以下三个方面:1.针对更贴近实际场景的非均匀分布毫米波异构蜂窝网络,构建了一个两层网络模型。该模型中,宏基站分布采用齐次泊松点过程进行建模,微微基站分布采用泊松洞过程(Poisson hole process,PHP)进行建模。基于该模型,采用随机几何理论工具,推导出覆盖概率和速率覆盖概率的理论表达式,通过蒙特卡洛仿真验证了理论表达式的准确性,并且分析了系统参数对覆盖概率的影响。实验结果表明,微微小区基站存在最佳密度值,使得覆盖概率的性能达到最佳。同时在该模型下,毫米波的速率覆盖概率优于微波。2.针对城市环境下毫米波异构基站密集分布的情况,采用三维(three dimensional,3D)空间模型分析毫米波异构蜂窝网络的性能。首先假设各层基站分布服从三维泊松点过程,推导出三维空间下D球阻碍模型的路径损耗强度函数。然后采用最大偏置接收功率接入准则,假设收发端使用大规模天线阵列获得最大的波束成形增益,在Nakagami衰落信道下,推导出目标用户的覆盖概率表达式。最后通过蒙特卡洛仿真和二维空间模型的性能进行了对比,并分析了D球阻碍模型、基站偏置因子和天线增益等系统参数变化对覆盖概率的影响。实验结果表明,三维空间模型对毫米波异构蜂窝网络的性能分析更加精确。3.针对三维毫米波异构蜂窝网络的能量效率进行了分析。在毫米波异构蜂窝网络的实际部署中,能量效率将成为重要考虑的性能指标。本文基于毫米波异构网络的三维模型,对系统中能效指标进行了分析,推导出毫米波异构蜂窝网络能量效率的理论表达式。通过蒙特卡洛仿真实验验证了公式的准确性,并且分析了系统参数改变对能量效率的影响。实验结果表明,合理的设置基站偏置以及基站密度可以使能量效率最大化。