随着互联网与无线通信技术的提高,智能终端设备得到广泛普及,并由此催生了大批以数据业务为主的基于多媒体的新业务。这种趋势使得人们对移动数据业务的需求呈现爆发式的增长,未来的无线移动通信将面临业务飞速增长的挑战。迎接这种挑战的有效方式是将低功率的Small Cell部署于传统的宏基站覆盖范围之下,构成宏基站层与Small Cell层共存的异构网络,从而拉近用户与基站之间的距离,提升小区分裂增益,以应对数据流量飞速增长的需求。本论文的研究工作在中央高校基本科研专项资助“基于LTE-A的Small Cell干扰管理技术研究(2013RC0111)”以及中国联通中讯邮电咨询设计院“LTE覆盖及其增强技术研究”的支持下,从LTE-Advanced异构网络及其关键技术的综述上展开,主要针对提升异构网络小区分裂增益的干扰管理、负载均衡以及覆盖优化等关键技术进行研究,论文的具体研究内容及成果如下：(1)首先从LTE-Advanced异构网络的引入背景入手,对异构网络中的Small Cell从产品形态到部署应用进行了分类与对比,同时概括了异构网络的组网方式；其次重点分析了LTE-Advanced异构网络面临的挑战以及本文包含的研究内容；最后分析与梳理了LTE-Advanced异构网络关键技术研究现状,总结了现有研究中存在的不足,指出需要进一步解决的问题。(2)为了降低异构网络中宏基站与Small Cell在共信道部署时,宏基站对Small Cell所产生的下行跨层干扰,提出一种基于非合作博弈的功率优化算法。首先,通过宏基站层与Small Cell层信道条件较差的用户之间的非合作博弈关系建立关于宏基站的功率优化效用函数,并对所提功率优化问题的最优解进行存在性与唯一性证明。其次,通过改进的梯度下降算法对功率优化问题进行求解,在此基础上,为每一个时域资源上的保护子帧设置合理的宏基站发送功率,从而在不显著降低网络宏基站层吞吐量的前提下,减轻宏基站对Small Cell用户的跨层干扰。(3)针对异构网络中宏基站与Small Cell因发送功率存在巨大差异而导致的网络负载不均的问题,提出一种兼顾网络层间与层内用户接入公平性的负载均衡方案。首先,利用数据场中拓扑势的概念,将用户对服务基站的选择从单一的以接收信号强度为标准转化为对基站吸引度的评价,从而对备选服务基站的信号强度与现有负载情况进行综合考虑。其次通过自适应频带划分的资源分配方法将干扰较小的频带资源分配给信道条件较差的用户,从而提升此类用户的吞吐量。最后在仿真阶段通过层间与层内公平性指标对异构网络的负载均衡技术进行全面而有效地评估,结果表明所提的算法可以兼顾网络中同层与跨层的用户接入公平性,提升异构网络负载的公平性。(4)针对Small Cell密集部署场景下的异构网络覆盖优化问题,提出一种基于蚁群算法的异构网络覆盖优化方案。首先,通过对异构网络中出现的覆盖重叠与覆盖空洞的发生事件进行侦测与统计,建立基于网络覆盖重叠与覆盖空洞比例的损失函数。其次通过蚁群算法对覆盖优化问题进行求解,在寻求损失函数最小化的过程中对扇区内部署的Small Cell导频功率进行联合优化,降低扇区内覆盖问题对用户通信质量的影响。仿真结果表明,本文所提出的覆盖优化算法可以显著降低异构网络中覆盖空洞与覆盖重叠事件的发生几率,提升异构网络的覆盖质量。并且对于Small Cell不同部署密度的条件下,所提出的覆盖优化算法都具有很好的收敛性。