随着无线通信技术的快速发展,使得人们对于通过无线网络获取数据和多媒体服务的需求急剧增长。传统的网络优化和管理方法已经远远不能满足日益增长的无线流量的需求。为了应对这样的挑战,协作通信、智能天线技术、干扰管理技术、无线资源分配管理技术等被提出来以解决以上问题。但这些技术在应对一些多媒体业务(如视频通话,文件共享等)的服务质量(Quality of Service,QoS)指标时仍有所不足。针对这些挑战,一个有前景的解决方案是缓存。在网络空闲时段将文件缓存至小型基站或用户缓存设备中,当用户发起文件请求时可以直接服务用户而不必通过核心网,由此可以稳健用户的QoS,缓解回传负担,提升系统容量。论文围绕联合缓存与无线传输的理论性能分析及优化策略进行研究,包括以下三个方面:第一,蜂窝异构网络中小型基站具备缓存能力且可以直接服务用户。利用随机几何的分析方法,研究得到在单点传输及多点协作传输场景下小型基站缓存的覆盖率。此外,通过仿真分析证明多点协作传输场景下的覆盖率明显优于单点传输场景下的覆盖率,且齐夫缓存分布下的覆盖率优于均匀缓存分布下的覆盖率。第二,蜂窝异构网络中移动用户具有缓存能力。通过采用随机几何的分析方法,分析移动场景下具有缓存能力的用户的成功传输概率,并采用两种优化方法优化成功传输概率,即文件自适应分片及副本重传。通过仿真分析证明,提高用户密度、缓存概率、传输范围,或降低用户移动速度、文件下载所需时间可以优化用户成功传输概率。第三,本文综合考虑回程时延以及无线信道质量,联合优化基站缓存更新及切换策略,最小化系统长期平均时延,并保持系统的稳定性。采用李拉普诺夫优化方法可以在保持系统稳定性的同时转化该随机优化问题。仿真结果表明本文所提出的策略具有较低的长期平均时延以及较优的系统稳定性。