随着移动业务量需求的日益增长,宏蜂窝和小蜂窝混合的异构网络必然将会成为一种满足需求的重要手段。然而,大范围部署小蜂窝接入点(SAPs,small cell access points)也会导致能量消耗的大规模增长,随着环境意识的增强和能源价格的提高,为宏蜂窝和小蜂窝设计高能效的无线通信系统是至关重要的。首先,本文研究了蜂窝异构网络中的两种流量卸载算法,分别是TO(Traffic Offloading)算法与TOFFR(Traffic Offloading based on Fractional Frequency Reuse)算法,并讨论了这两种算法下系统的能量效率与频谱效率。然后,本文研究了认知SAPs的一种分布式睡眠模式策略,分析了小蜂窝的能量消耗,并讨论了小蜂窝的能量消耗与流量卸载之间的权衡与折衷。我们利用随机几何工具得到SAP的用户发现性能,然后得出一个宏蜂窝基站Voronoi小区内的小蜂窝的上行链路容量,并将以下引起不确定性的因素考虑在内:随机位置、密度、用户活动、传播信道、不对等活动引起的网络干扰,以及传感方案。此外,本文明确了允许鲁棒性检测的情况下对于干扰密度的基本限制,并应用大偏差理论解释了能量效率与传感时间之间的关系。最后,本文通过几个最优化问题研究了一种网络设计架构,该架构能够为制定高能量效率的小蜂窝网络提供设计准则。